JP3445769B2 - 位置決め装置および位置決め方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置決め装置およ
び位置決め方法に関し、特に、顕微鏡下の細胞の位置決
めに使用して好適な位置決め装置および位置決め方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、哺乳動物の生命工学の研究、また
家畜の品種改良等を目的とした顕微鏡下での卵細胞の核
移植等には、マイクロマニピュレータと呼ばれる装置が
用いられている。同マイクロマニピュレータにおいて
は、通常、作業者の手の動きを油圧等によって縮小して
ホールディングピペットやインジェクションピペット等
を駆動している。

【０００３】例えば、所定の細胞に核移植を行う際に
は、予めシャーレ中に被移植細胞と核とを有するメディ
ウムドロップを用意し、このシャーレ中の被移植細胞を
顕微鏡視野下でホールディングピペットで吸引する。そ
して、被移植細胞にインジェクションピペットを挿入し
て核を抜き取り、さらに、上記シャーレ中の核をインジ
ェクションピペットで吸引し、再びインジェクションピ
ペットの先を上記被移植細胞に挿入して同核を被移植細
胞に注入する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の位置決
め装置および位置決め方法においては、次のような課題
があった。すなわち、上述のホールディングピペットや
インジェクションピペットは作業者の手の動きを縮小し
たものであるが、細胞のように小さいものを扱いつつ上
記繊細な作業を行うには非常に熟練した作業が必要であ
る。特に、インジェクションピペットで核を抜き取るな
どのために被移植細胞を所定の向きに位置決めする必要
があり、ホールディングピペットで被移植細胞を吸引し
つつ同被移植細胞をインジェクションピペットでこすっ
て回転させる作業は非常に繊細かつ困難である。本発明
は、上記課題にかんがみてなされたもので、作業者の手
作業に頼ることなく自動で対象物の位置決めを行うこと
が可能な位置決め装置および位置決め方法の提供を目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１にかかる発明は、対向する２面の平板電極
とこれらの平板電極に対して互いに絶縁されつつ平板電
極が略直角に連結されることによりこれらの平板電極が
略同一平面上に配設されたコの字状を形成し、上記略直
角に連結された平板電極の下面にて当該平板電極を回転
可能に支持する回転軸が取り付けられており、これらの
平板電極が配設された平面内の位置決め対象物に対して
作用する電場を発生させる電場発生手段と、同電場発生
手段による発生電場を制御して上記位置決め対象物に回
転電場を作用させ、上記回転軸を回転させることによっ
て回転電場の回転面を変更しつつ上記位置決め対象物を
回転させる発生電場制御手段とを具備する構成としてあ
る。

【０００６】また、請求項２にかかる発明は、所定の作
業領域の壁面に４個の電極を配設するに当たり、対向さ
れる一対の電極とその配設面に隣接する一面に配設され
た第３の電極によって略同一平面上に３電極を配設し、
これら３電極に隣接する一面においてホールディングピ
ペットの挿入経路を避けるようにして第４の電極を配設
し、上記一対の電極および第３の電極に交わる平面内と
上記第３の電極と第４の電極とに交わる平面内の位置決
め対象物に対して作用する電場を発生させる電場発生手
段と、同電場発生手段による発生電場を制御して上記位
置決め対象物に回転電場を作用させ、上記上記一対の電
極および第３の電極に交わる平面内と上記第３の電極と
第４の電極とに交わる平面内で位置決め対象物を回転さ
せる発生電場制御手段とを具備する構成としてある。

【０００７】上記のように構成した請求項１および請求
項２にかかる発明においては、電場を作用させることに
よって位置決め対象物を変位させ、同対象物の位置決め
を実行するようになっている。このため、電場発生手段
では位置決め対象物に対して作用する電場を発生させ、
発生電場制御手段では同電場発生手段による発生電場を
制御して上記位置決め対象物を変位させるようになって
いる。すなわち、帯電している位置決め対象物に対して
変位する電場を作用させると、当該電場の変位に応じて
位置決め対象物が変位する。従って、位置決め対象物に
対して作業者の手の動きに応じた機器を接触させる必要
はなく、また、作業者の手による繊細な作業を全く行う
ことなく位置決め対象物を変位させることができる。マ
イクロマニピュレータにて扱う細胞など、生体の位置決
めに本発明を適用すると、インジェクションピペットで
同細胞をこする等の作業を行う必要がなくなる。

【０００８】ここで、電場発生手段においては位置決め
対象物に対して作用する電場を発生させることができれ
ばよく、上記電場発生手段は、上記位置決め対象物の近
隣に配設した複数の電極を具備する構成としてある。こ
れらの電極は上記位置決め対象物の近隣に配設される。

【０００９】すなわち、電極に所定の電圧を印加すると
簡単に電場を発生させることが可能であり、例えば、所
定の基板に蒸着させた電極に所定の電圧を印加すること
が考えられる。むろん、蒸着によって形成した電極は簡
単に構成可能であって好適であるが、電場を発生させる
ためにはかかる構成に限る必要もなく、対向する平板電
極や線状電極等他の種々の態様を採用することができ
る。さらに、かかる電極においては所定の電場を発生さ
せることができればよく、当該電場の制御は電圧によっ
て行うため、電極自体の製作に高い精度は要求されな
い。

【００１０】このように複数の電極によると容易に位置
決め対象物の変位を行わせることができ、好適な変位を
行わせるため構成として、所定の複数の電極は略同一平
面上に配設される構成としてある。このため、上記位置
決め対象物が当該平面と略同一面上にあるときに同位置
決め対象物を当該平面内で変位させることができる。こ
こで、上述のように所定の基板内に所定の電極を蒸着さ
せるときにはむろん当該電極が略同一平面内に配設され
るといえるし、平板電極を対向させるに際して当該平板
が所定の平面に直交しているとしても、複数の平板電極
が当該平面内にあればかかる平板電極は略同一平面内に
配設されると言える。

【００１１】また、略同一平面上に配設されるとともに
位置決め対象物の近隣に配設した複数の電極によって当
該位置決め対象物に対して作用する電場を発生させる電
場発生手段と、操作用入力機器によって入力された上記
位置決め対象物の回転方向および回転角度に応じて上記
電場発生手段による発生電場を制御して上記位置決め対
象物を変位させる発生電場制御手段と、操作用入力機器
を介して駆動可能なホールディングピペットおよびイン
ジェクションピペットと、位置決め対象物周辺の映像デ
ータを入力するＣＣＤと、当該入力された映像データに
よって位置決め対象物周辺の映像を表示するディスプレ
イとを具備し、上記ＣＣＤの撮像領域は、上記ホールデ
ィングピペットおよびインジェクションピペットの先端
が配設される領域であるとともに上記電極が配設される
領域であり、上記操作用入力機器の操作によってこの領
域でホールディングピペットにて位置決め対象物である
細胞を固定しインジェクションピペットにて核移植作業
を実行可能であるとともに、上記電極に電圧を印加して
電場を変位させることによって当該細胞を変位させるこ
とが可能である構成としてもよい。すなわち、利用者が
作業領域の撮像画像を視認しながら核移植と回転を行う
ことができる。

【００１２】さらに、変位の自由度を増すために好適な
一例として、上記電極は上記平面と交わる他の平面上に
配設される構成としてもよい。かかる発明においては上
記電極が上記平面と交わる他の平面上に配設されている
ので、位置決め対象物を上記平面と当該他の平面との両
平面内で変位させることが可能であり、自由度が増す。
例えば、本請求項にかかる平面と上記請求項にかかる平
面とが略直角であれば直交系において変位させることが
可能になり、効率的に位置変位制御を行うことができ
る。

【００１３】以上のように電場によって位置決め対象物
を変位させるには、同位置決め対象物上に当該電場が作
用する電荷が存在すればよい。そこで、位置決め対象物
を変位させる構成の一例として、請求項３にかかる発明
は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の位置決
め装置において、上記発生電場制御手段は、上記電場発
生手段において上記位置決め対象物を分極させる電場を
発生可能である構成としてある。

【００１４】上記のように構成した請求項３にかかる発
明においては、電場発生手段によって発生した電場によ
って上記位置決め対象物を分極させる。従って、当該位
置決め対象物に電場が作用すると、分極電荷が当該電場
と相互作用をして位置決め対象物が変位可能になる。こ
のように、位置決め対象物に分極を行わせるためには当
該位置決め対象物はいわゆる誘電体であると好適であ
る。一般に細胞膜は高誘電率，高抵抗であり外部電場に
よって容易に細胞表面が分極するので、細胞は本発明に
おける位置決め対象物として好適である。

【００１５】さらに、位置決め対象物を変位させるため
に発生させる電場の好適な一例として、請求項４にかか
る発明は、請求項３に記載の位置決め装置において、上
記発生電場制御手段は、上記電場発生手段において回転
電場を発生させるように制御可能である構成としてあ
る。上記のように構成した請求項４にかかる発明におい
ては、電場発生手段によって回転電場を発生させる。

【００１６】すなわち、電場が回転すると所定の電荷に
は当該電場の回転に応じた回転力が発生し、位置決め対
象物が回転するように変位させることができる。上述の
ように位置決め対象物が分極している場合には、当該分
極ベクトルを回転させる力が作用し、同位置決め対象物
に所定のトルクが発生する。むろん、この場合電場は位
置決め対象物を分極させる働きをしているものであった
が、回転電場の変化速度を十分早くして、分極電荷を外
部電場に対して位相遅れにさせることによって所定の回
転を行わせることが可能になる。

【００１７】従って、回転電場を作用させる時間を制御
することによって回転角度を制御することができ、作業
者の手の動きに全く依存することなく回転角度を制御す
ることができる。さらに、上述のように電極を二つの平
面上に配設する場合には位置決め対象物に二つの回転自
由度を与えることになり、同位置決め対象物を任意の方
向に向けることができる。

【００１８】このように電極に所定の電圧を印加して回
転電場を発生させるための具体例として、請求項５にか
かる発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の位
置決め装置において、上記発生電場制御手段は、上記複
数の電極による各発生電場の合成電場が回転電場になる
ように、各電極に所定の位相ずれを持たせた電圧を印加
する構成としてある。上記のように構成した請求項５に
かかる発明においては、発生電場制御手段によって各電
極に所定の位相ずれを与えた電圧を印加するが、この位
相ずれは各電極の位置関係に基づいて各発生電場の合成
電場が回転電場になるように決定される。

【００１９】すなわち、発生電場制御手段においては、
複数の電極にて発生される電場の合成電場を回転させる
ことができればよく、例えば、一平面内に位置決め対象
物を中心にして９０°回転させた位置に４つの電極を配
設する場合、各電極において位相は９０°ずつずらせば
よい。むろん、略１２０°回転させた位置に３つの電極
を配設する場合には各電極において位相を１２０°ずつ
ずらせばよく、電極の数等の態様は様々であるが、いず
れにしても電極に位相をずらした電圧を印加するのみで
簡単に回転電場を発生させることができる。また、位相
のずれを進めるか遅らせるかによって回転方向を変化さ
せることも容易である。

【００２０】さらに、以上のように電場を利用して位置
決め対象物たる細胞を変位させる場合に好適な構成の一
例として、請求項６にかかる発明は、請求項１〜請求項
５のいずれかに記載の位置決め装置において、上記発生
電場制御手段は、振動電場を発生させることが可能であ
る構成としてある。上記のように構成した請求項６にか
かる発明においては、発生電場制御手段によって振動電
場を発生させることが可能である。従って、核移植を行
った細胞の細胞融合を実行する場合などに、当該移植後
の細胞を細胞融合装置に移動させることなく細胞融合の
ための振動電場を印加することが可能になり、作業者の
作業負担が低減される。

【００２１】位置決め対象物を回転変位させ、かかる回
転変位を精度良く制御するためには、作用させる外部電
場を取り除いたとき、当該位置決め対象物が即座に停止
すると好適である。そのための好適な一例として、請求
項７にかかる発明は、請求項１〜請求項６のいずれかに
記載の位置決め装置において、上記位置決め対象物の周
囲は、同位置決め対象物に発生する慣性力に抗して変位
を停止させる粘性を有する媒質に覆われている構成とし
てある。

【００２２】上記のように構成した請求項７にかかる発
明においては、位置決め対象物の周囲は媒質に覆われて
いる。また、この媒質は位置決め対象物に発生する慣性
力に抗して変位を停止させる粘性を有するものである。
すなわち、上記外部電場を取り除いた瞬間においては位
置決め対象物は慣性を有しており、粘性が低い媒質中で
あれば位置決め対象物は慣性力によってある程度回転し
てしまう。そこで、かかる慣性力に抗して変位を停止さ
せる粘性を有する物質で媒質を構成すれば、外部電場を
取り除くとともに位置決め対象物を停止することがで
き、精度良く回転変位を制御することができる。

【００２３】位置決め対象物に回転変位を生じさせるに
当たっては、当該位置決め対象物に平行移動変位が生じ
ると不都合である場合も多い。そこで、かかる場合には
位置決め対象物を所定位置にトラップして回転力を与え
ると好適である。この場合、例えば、位置決め対象物に
負の誘電詠動力を作用させ、電場が小さい領域に位置決
め対象物をトラップすること等が考えられる。

【００２４】さらに、所定の媒質中において電極に電圧
を印加すると、同媒質が電気分解してしまう可能性が考
えられる。そこで、かかる電気分解を防ぐのに好適な一
例として、請求項８にかかる発明は、請求項７に記載の
位置決め装置において、上記発生電場制御手段は、上記
電極に対して媒質が電気分解しない程度の高周波交流電
圧を印加する構成としてある。従って、媒質を電気分解
させることなく位置決め対象物に所定の回転を行わせる
ことが可能である。

【００２５】上述のように位置決め対象物に電場を作用
させ、当該位置決め対象物を変位させる手法は、必ずし
も装置に限られない。その例として、請求項９，請求項
１０にかかる発明のように、それぞれ請求項１，請求項
２に対応した方法も実現可能である。すなわち、必ずし
も装置という形態に限らず、その方法としても有効であ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように請求項１，請求項
２，請求項９，請求項１０にかかる発明によれば、位置
決め対象物に対して作業者の手の動きに応じた機器を接
触させる必要はなく、また、作業者の手による繊細な作
業を全く行うことなく位置決め対象物を変位させること
ができ、簡易な構成により位置決め対象物に電場を作用
させることができ、位置決め対象物を平面内で変位させ
ることができる。

【００２７】さらに、請求項３にかかる発明によれば、
細胞等の誘電体を位置決め対象物とすることができる。
さらに、請求項４にかかる発明によれば、簡単に位置決
め対象物を回転させることができる。さらに、請求項５
にかかる発明によれば、簡単に回転電場を発生させるこ
とができる。

【００２８】さらに、請求項６にかかる発明によれば、
位置決め対象物たる細胞を細胞融合装置移動させる作業
を行う必要がない。さらに、請求項７にかかる発明によ
れば、精度良く回転変位を制御することができる。さら
に、請求項８にかかる発明によれば、媒質の電気分解を
防ぐことができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面にもとづいて本発明の
実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態にかか
る位置決め装置を使用したマイクロマニピュレータの概
略ハードウェア構成を示しており、図２はその要部構成
をブロック図によって示している。図において、本マイ
クロマニピュレータは装置全体の制御を司るコンピュー
タ１０と作業者に細胞周辺の映像を提供するディスプレ
イ２０と作業者の入力を受け付ける入力装置群３０と核
移植等の作業を行う作業部４０とを備えている。

【００３０】コンピュータ１０は演算処理の中枢をなす
ＣＰＵ１１を備えており、このＣＰＵ１１はシステムバ
ス１２を介してＢＩＯＳなどの記載されたＲＯＭ１３や
ＲＡＭ１４にアクセス可能となっている。また、システ
ムバス１２には外部記憶装置として図示しないハードデ
ィスクドライブやフロッピーディスクドライブ等が接続
されている。本実施形態においてはハードディスクドラ
イブに記憶されたＯＳおよびマイクロマニピュレートプ
ログラム等がＲＡＭ１４に転送され、ＣＰＵ１１はＲＯ
Ｍ１３とＲＡＭ１４に適宜アクセスしてプログラムを実
行する。すなわち、ＲＡＭ１４を一時的なワークエリア
として種々のプログラムを実行する。

【００３１】シリアル通信用Ｉ／Ｏ１５にはキーボード
３１やマウス３２，スティック３３等の操作用入力機器
が接続され、後述するホールディングピペット４２およ
びインジェクションピペット４４を駆動し、細胞を回転
させる方向および回転角度を入力するようになってい
る。また、システムバス１２には、図示しないビデオボ
ードを介して表示用のディスプレイ２０および細胞周辺
の映像データを入力するＣＣＤ４６が接続されている。

【００３２】同ＣＣＤ４６は所定のレンズからなる光学
系４６ａに接続されており、同光学系４６ａに対して作
業部４０におけるシャーレ４７中の細胞の映像が入力さ
れることにより同映像がＣＣＤ４６によりデータ化され
てコンピュータ１０に入力される。ＣＣＤ４６からの入
力映像データはＣＰＵ１１の処理によって所定の映像と
してディスプレイ２０に表示される。かかるＣＣＤ４６
における撮像領域は、作業部４０において核移植等所定
の作業を行う作業領域であり、ホールディングピペット
４２およびインジェクションピペット４４の先端が配設
される領域であるとともに電極４８ａ〜ｄが配設される
領域である。

【００３３】すなわち、本マイクロマニピュレータの作
業部４０においては、媒質と細胞とが入れられたシャー
レ４７が図示しない接眼レンズ等を備えた顕微鏡のステ
ージに載置され、当該シャーレ４７中の所定領域を撮像
領域および作業領域として核移植等がなされる。そし
て、作業領域は図示しない照明系に照らされつつ上記Ｃ
ＣＤ４６によって撮像され、この状態において電極４８
ａ〜ｄによって発生する所定の電場が位置決め対象物た
る細胞に作用し、当該細胞に回転変位が与えられる。ま
た、ホールディングピペット４２とインジェクションピ
ペット４４にて細胞に対して核移植等がなされる。

【００３４】図３は電極４８ａ〜ｄ，ホールディングピ
ペット４２およびインジェクションピペット４４の位置
関係を示す概略図である。電極４８ａ〜ｄはガラス基板
上にアルミを蒸着し、その後エッチング処理をすること
によって作成されたものであり、各電極の中央部を作業
領域とし、電極４８ａと４８ｃ，電極４８ｂと４８ｄが
それぞれ対向している。また、この電極配設平面に対し
て略直角方向は上記光学系４６ａの光学経路になってお
り、当該経路に図示しない照明系と光学系４６ａが対向
して配設される。

【００３５】ホールディングピペット４２とインジェク
ションピペット４４とは、上記電極４８ａ〜ｄが囲む領
域の略中央にその先端が向けられており、シャーレ４７
中の細胞はホールディングピペット４２にて固定可能で
あり、インジェクションピペット４４にて核移植等の作
業を実行することが可能である。これらのピペットを駆
動し、また、細胞を回転させるためにシステムバス１２
には図示しないインタフェースボードを介してホールデ
ィングピペットコントローラ４１とインジェクションピ
ペットコントローラ４３と電圧コントローラ４５とが接
続されている。

【００３６】より具体的には、ホールディングピペット
コントローラ４１は同ホールディングピペット４２を所
定方向に進退させる駆動制御部４１ａとその内圧を制御
して細胞を吸着／脱着させる圧力制御部４１ｂとを備え
ている。駆動制御部４１ａは上記システムバス１２を介
してＣＰＵ１１からの制御信号を受信し、所定の駆動機
構によってホールディングピペット４２を作業位置に対
して進退させる。

【００３７】圧力制御部４１ｂは上記システムバス１２
を介してＣＰＵ１１からの制御信号を受信し、略筒状で
あるホールディングピペット４２の内圧を変化させる。
また、ＣＰＵ１１は入力装置群３０からの指示に応じて
上記駆動制御部４１ａ，圧力制御部４１ｂに対して制御
信号を出力するようになっている。従って、作業者が入
力装置群３０を介して所定の入力を行うことによってホ
ールディングピペット４２を操ることが可能であり、細
胞にホールディングピペット４２を近づけて同細胞を吸
着固定し、脱着解放させることができる。

【００３８】インジェクションピペットコントローラ４
３はインジェクションピペット４４を所定方向に進退さ
せる駆動制御部４３ａとその内圧を制御して核等を吸入
／噴出させる圧力制御部４３ｂとインジェクションピペ
ット４４を急激に移動させるための圧電素子制御部４３
ｃとを備えている。駆動制御部４３ａは上記システムバ
ス１２を介してＣＰＵ１１からの制御信号を受信し、所
定の駆動機構によってインジェクションピペット４４を
作業位置に対して進退させる。

【００３９】圧力制御部４３ｂは上記システムバス１２
を介してＣＰＵ１１からの制御信号を受信し、略筒状で
あるインジェクションピペット４４の内圧を変化させ
る。圧電素子制御部４３ｃは圧電素子に所定の電圧を印
加させることが可能であり、同圧電素子はその伸縮によ
ってインジェクションピペット４４を所定方向に急激に
移動させることができる。

【００４０】また、ＣＰＵ１１は入力装置群３０からの
指示に応じて上記駆動制御部４３ａ，圧力制御部４３
ｂ，圧電素子制御部４３ｃに対して制御信号を出力する
ようになっている。従って、作業者が入力装置群３０を
介して所定の入力を行うことによってインジェクション
ピペット４４を操ることが可能であり、媒質中の核等を
吸入し、圧電素子による急激な移動により当該インジェ
クションピペット４４の先を細胞に確実に差し込ませて
核を移植すること等が可能である。

【００４１】電圧コントローラ４５は複数の電極４８ａ
〜ｄに接続されており、各電極４８ａ〜ｄに所定の電圧
を印加するようになっている。図４は同電圧コントロー
ラ４５の概略ブロック図であり、同図において、電圧コ
ントローラ４５は制御部４５ａと発信器４５ｂとアンプ
とを有している。制御部４５ａは上記システムバス１２
を介してＣＰＵ１１からの制御信号を受信し、発信器４
５ｂを制御して所定の高周波交流電圧を発生可能であ
る。また、電極４８ａ〜ｄに電圧が印加された状態でこ
れらの電極４８ａ〜ｄの略中央に細胞が存在すると、当
該細胞は電極４８ａ〜ｄが発生する電場によって分極す
るようになっており、細胞が分極した状態で電場が変位
することによって当該細胞が変位する。

【００４２】さらに、制御部４５ａは上記ＣＰＵ１１か
らの制御指示に応じて発信器４５ｂにおける高周波交流
電圧に所定の位相差を与えて複数の電圧を出力させるこ
とができる。同図において、各電極４８ａ〜ｄはこれら
の電極４８ａ〜ｄが囲む領域の略中央の細胞５０から見
てその配設面内において略９０°ずつの角度をもって離
間されている。

【００４３】従って、発信器４５ｂが出力する電圧の位
相も９０°ずつずれるように制御され、例えば、電極４
８ａに入力される電圧を基準としたときに、４８ｂには
「＋９０°」，４８ｃには「＋１８０°」，４８ｄには
「＋２７０°」の位相のずれを生じるようになってい
る。むろん、かかる位相のずれを「＋」でなく「−」に
すれば細胞５０は逆転する。そこで、ＣＰＵ１１は上述
の入力装置群３０にて入力される細胞５０の回転方向に
応じて所定の制御信号を出力するようになっており、同
所定の制御信号に応じて制御部４５ａが位相ずれを制御
することによって回転方向を制御するようになってい
る。

【００４４】さらに、上記媒質は所定の粘性を持ってお
り、細胞５０に回転力がかかっておらず慣性を有してい
るのみの状態では、即座に当該細胞５０の回転が停止す
るようになっている。従って、電極４８ａ〜ｄに電圧を
印加している時間と細胞５０の回転角度とは略比例す
る。また、上述のように作業者は入力装置群３０によっ
て回転角度を入力するようになっている。そこで、ＣＰ
Ｕ１１は当該回転角度に応じた制御信号を出力し、制御
部４５ａは同所定の制御信号に応じて発信器による電圧
の出力時間を制御する。この結果、細胞５０の回転角度
が制御される。このように、本実施形態においてはＣＰ
Ｕ１１および制御部４５ａが上記発生電場制御手段を構
成し、発信器４５ｂおよび電極４８ａ〜ｄが上記電場発
生手段を構成する。

【００４５】図５は各電極４８ａ〜ｄに印加される電圧
の一例を示しており、図６は当該パターンの電圧によっ
て発生する電場の方向を示している。尚、図６における
電場の向きは図５における電極配置に対応させてあり、
電圧の一周期をＴとしてある。電極４８ａには図５に示
すような時刻「０」において値が「０」である所定の正
弦波が印加され、電極４８ｂには「９０°」，電極４８
ｃには「１８０°」，電極４８ｄには「２７０°」の位
相のずれが与えられて正弦波電圧が印加されている。

【００４６】すなわち、同図に示すように電極４８ａと
電極４８ｃとでは電圧の正負が逆であり、電極４８ｂと
電極４８ｄとでは電圧の正負が逆である。従って、電極
４８ａと電極４８ｃが生成する電場はその向きと大きさ
とが略同一である。かかる事情を考慮して、図６では電
極４８ａおよび電極４８ｂが生成する電場の方向と各電
極の合成電場の方向とを示している。

【００４７】電極４８ａに印加される電圧は、最初の１
／４周期で徐々に大きくなり、次の１／４周期で徐々に
小さくなって再び「０」になり、次の１／４周期で負の
値となって徐々に小さくなり、最後の１／４周期で徐々
に大きくなって再び「０」になる。さらに、電極４８ａ
においては正の電圧で図５における下向きの電場を生成
し、負の電圧で図５における上向きの電場を生成する。
従って、上記印加電圧の一周期にて時間の経過とともに
下向きの電場が徐々に大きくなり、最大値を経てやがて
徐々に小さくなって「０」になり、さらに上向きの電場
が徐々に大きくなり、最大値を経てやがて徐々に小さく
なって「０」になる。

【００４８】電極４８ｂにおいても同様の原理によっ
て、時刻「０」において最大である右向きの電場が時間
の経過とともに徐々に小さくなって「０」になり、さら
に左向きの電場が徐々に大きくなり、最大値を経て徐々
に小さくなって「０」になり、再び右向きの電場が徐々
に大きくなる。従って、これらの電場を合成すると、図
６に示すＥｔｏｔになり、その向きは時間の経過ととも
に時計回りに回転する。すなわち、各電極４８ａ〜ｄに
所定の電圧が印加されることによって各電極４８ａ〜ｄ
の中央には回転電場が発生する。

【００４９】図７は分極した状態の細胞５０を示してお
り、当該分極状態では細胞５０に分極ベクトルｐが発生
していると考えられ、この細胞５０に上記回転電場が作
用することによって分極電荷との相互作用を起こし、細
胞５０が時計回りに回転することになる。

【００５０】以下上記構成において核移植作業を行う際
の本マイクロマニピューレータの動作を説明する。核移
植を行う際に作業者は予めシャーレ４７に未受精卵およ
び核を有する媒質を用意し、そのシャーレを顕微鏡ステ
ージに載置する。この状態で上記ＣＣＤ４６を駆動して
ディスプレイ２０を確認すると何らかの映像が視認され
るので、顕微鏡ステージを手動で操作して卵細胞を探
し、ディスプレイ２０の視野の中に同卵細胞が含まれる
ようにする。

【００５１】同卵細胞が視野に含まれたらＣＣＤの焦点
を合わせ、卵細胞の核位置を確認する。ここで、作業者
はディスプレイ２０の映像およびホールディングピペッ
ト４２とインジェクションピペット４４との位置関係に
基づいて、インジェクションピペット４４にて除核を行
うために、卵細胞をどの程度回転させる必要があるのか
を推測する。そして、上記キーボード３１等を使用して
回転角を入力すると、上記ＣＰＵ１１が電圧コントロー
ラ４５に所定の制御信号を出力し、電圧コントローラ４
５は発信器４５ｂに所定の電圧を出力させて、各電極４
８ａ〜ｄにおいて所定の回転電場を発生させる。

【００５２】この結果、細胞５０は作業者の入力角度に
応じた回転を行うので、作業者はさらに回転後の位置を
ディスプレイ２０にて確認しつつ所望の位置決めを行
う。細胞が所望の位置になったら、作業者は上記スティ
ック３３等を操作する。同操作によるとＣＰＵ１１はホ
ールディングピペットコントローラ４１に所定の制御信
号を出力し、作業者の操作に応じてホールディングピペ
ット４２を卵細胞に対して進退させ、吸引力を発生可能
になるので、作業者は卵細胞をホールディングピペット
４２の先端に吸着固定する。

【００５３】このホールディングピペット４２に固定さ
れている卵細胞は上述の回転によって核が抜き取りやす
い位置になるように回転されているので、作業者はさら
にインジェクションピペット４４を操作する。同操作に
よるとＣＰＵ１１はインジェクションピペットコントロ
ーラ４３に所定の制御信号を出力し、作業者の操作に応
じてインジェクションピペット４４を卵細胞に対して進
退させ、先端を卵細胞に挿入させ、核を吸入可能になる
ので、作業者はインジェクションピペット４４にて卵細
胞の核を取り除く。

【００５４】卵細胞の核を吸入したら同核をインジェク
ションピペット４４内に保持しつつ同インジェクション
ピペット４４を卵細胞から抜き取り、インジェクション
ピペット４４内を正圧にして同核を卵細胞外へ放出す
る。次に、作業者は除核された卵細胞に新たな核を移植
する作業を行うため、ホールディングピペット４２，イ
ンジェクションピペット４４および卵細胞の位置はその
ままでシャーレを移動させ、ディスプレイ２０の視野の
中に移植する核を入れる。

【００５５】そして、上記と同様に移植する核をインジ
ェクションピペット４４内に吸い取り、上記核を抜き取
った際に作った卵細胞の傷口を利用して再度インジェク
ションピペット４４を卵細胞に挿入し、インジェクショ
ンピペット４４内を正圧にして、核を卵細胞に注入す
る。ホールディングピペット４２内を正圧にして核移植
された卵細胞を解放すると当該卵細胞内には移植核が含
まれた状態である。

【００５６】また、通常は一度に複数個の卵細胞の核移
植を実行するので、さらに、シャーレ４７を移動させ、
上記核移植作業を複数の卵細胞に対して行う。ここで、
核移植に当たっては通常細胞融合を行う必要があるの
で、作業者は上記キーボード３１等によって所定の指示
を行い、ＣＰＵ１１が電圧コントローラ４５を制御する
ことによって電極４８ａ〜ｄに所定のパルス電圧を印加
する。この結果、細胞融合がなされ、核移植が終了す
る。

【００５７】以上述べてきた実施形態においては、電極
４８ａ〜ｄはガラス基板面上に配設されており、当該基
板面上で細胞を回転可能にしつつも上記ホールディング
ピペット４２，インジェクションピペット４４および光
学系４６ａの光学経路を簡単に確保できて好適である。
しかし、細胞の位置決めをするためには必ずしもかかる
構成にする必要はない。すなわち、電極数を４つに限る
必要はないし、電極の形状も基板面に対して蒸着された
ものに限る必要はない。

【００５８】図８は第二の実施形態にかかるマイクロマ
ニピュレータに使用される位置決め装置の要部を示して
いる。同図において、電極４８０ａ〜ｃは平板電極であ
り、電極４８０ａ，４８０ｃが対向し、これら電極４８
０ａ，ｃと電極４８０ｂとは互いに絶縁されつつ略直角
に連結され、電極４８０ａ〜ｃでコの字状の電極を形成
している。また、電極４８０ｂの下面には回転軸４８１
が連結されており、電極４８０ａ〜ｃを電極４８０ｂの
平面内で回転可能に構成される。

【００５９】また、これらの電極４８０ａ〜ｃには上述
の実施形態のように電圧コントローラが連結され、それ
ぞれに対して所定の位相差を与えつつ所定の電圧が印加
される。この結果、図８（ａ）に示す平面Ｐ１内に所定
の回転電場を発生させることが可能になり、当該回転電
場によって細胞５００を平面Ｐ１内で回転させることが
できる。さらに、上述の回転軸４８１を回転させると、
図８（ｂ）に示すように平面Ｐ２内で細胞を回転させる
ことが可能になる。

【００６０】また、回転軸４８１の回転によって上記平
面Ｐ１，Ｐ２のみならず、電極４８０ｂに略直交する任
意の平面内で細胞５００を回転させることが可能であ
る。従って、非常に高い自由度で細胞５００の回転位置
決めを実行することができる。また、電極４８０ａ〜４
８０ｃは同図８（ａ）においては平面Ｐ１上に配設され
ており、図８（ｂ）においては平面Ｐ２上に配設されて
いると言える。従って、この意味において、回転軸４８
１は電極４８０ｂに略直交する任意の平面内に電極４８
０ａ〜ｃを配設していると言える。

【００６１】さらに、図９は第三の実施形態にかかるマ
イクロマニピュレータに使用される位置決め装置の要部
を示している。同図において、電極４８１ａ〜ｄは所定
の作業領域の壁面に配設されており、電極４８１ａ，ｃ
が対向され、両電極４８１ａ，ｃと隣接する一面に電極
４８１ｂおよび電極４８１ｄが配設されている。また、
電極４８１ｄはホールディングピペット４２０の挿入経
路を避けるようにして配設されている。本実施形態にお
いては、印加電圧の位相ずれによって電極４８１ａ，４
８１ｂ，４８１ｃの全てが交わる平面に所定の回転電場
を発生可能であり、当該平面に略平行な平面内で細胞５
０１を回転させることができる。さらに、電極４８１
ｂ，４８１ｄの双方と交わる平面においても所定の回転
電場を発生可能であり、当該平面に略平行な平面内で細
胞５０１を回転させることができる。

【００６２】さらに、図１０は第四の実施形態にかかる
マイクロマニピュレータに使用される位置決め装置の要
部を示している。同図において、電極４８２ａ〜ｈは平
面状電極であり、電極４８２ａ，４８２ｂ，４８２ｅ，
４８２ｆが略同一平面上に配設されるとともに電極４８
２ｃ，４８２ｄ，４８２ｇ，４８２ｈが略同一平面上に
配設されている。さらに、電極４８２ａ，４８２ｂ，４
８２ｃ，４８２ｄの組および電極４８２ｅ，４８２ｆ，
４８２ｇ，４８２ｈの組もそれぞれ略同一平面上に配設
されている。かかる電極配置によれば、電極４８２ａ，
４８２ｂ，４８２ｅ，４８２ｆの中央においてこれらの
電極の配設平面略直角方向に障害物が存在せず、顕微鏡
の光学経路を確保しつつも細胞５０２を三次元的に変位
させることができる。

【００６３】例えば、電極４８２ａ，４８２ｂ，４８２
ｃ，４８２ｄにそれぞれ「９０°」ずつ位相ずれを与え
た電圧を印加し、電極４８２ｅ，４８２ｆ，４８２ｇ，
４８２ｈにそれぞれ「９０°」ずつ位相ずれを与えた電
圧を印加すると、同図点線で示す方向に細胞５０２を回
転させることができる。むろん、電極４８２ａ，４８２
ｂ，４８２ｃ，４８２ｄのみに電圧を印加することによ
ってこれらの電極の全てが交わる平面上等で細胞５０２
を回転させること等も可能である。さらに、電極４８２
ｃ，４８２ｇ，４８２ｄ，４８２ｈに「９０°」ずつ位
相ずれを与えた電圧を印加することによってこれらの電
極が配設される平面に略平行方向に細胞５０２を回転さ
せることもできる。また、電極の数や印加電圧の位相，
強度等も同図の例に限ることなく種々の態様を採用可能
であり、三枚の電極を中心から見て「１２０°」の位置
関係に配設し、「１２０°」の位相差を与えて回転させ
ることなども可能である。

【００６４】このように、本発明においては、位置決め
対象物に対して電場を作用させ、当該電場によって対象
物を変位させる。従って、卵細胞の核除去作業等を行う
に当たり、ホールディングピペットとインジェクション
ピペットとを全く使用することなく卵細胞の回転角度の
位置決めを行うことができる。さらに、発生電場にて所
定の振動電場を発生させることによって、作業後の細胞
を細胞融合装置に移すことなく細胞融合させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる位置決め装置を使
用したマイクロマニピュレータの概略ハードウェア構成
図である。

【図２】マイクロマニピュレータの要部構成ブロック図
である。

【図３】電極，ホールディングピペットおよびインジェ
クションピペットの位置関係を示す概略図である。

【図４】電圧コントローラの概略ブロック図である。

【図５】電極に印加される電圧の一例を示す図である。

【図６】発生電場の方向を示す図である。

【図７】分極した状態の細胞を示す図である。

【図８】第二の実施形態にかかる電極配置を示す図であ
る。

【図９】第三の実施形態にかかる電極配置を示す図であ
る。

【図１０】第四の実施形態にかかる電極配置を示す図で
ある。

【符号の説明】

１０…コンピュータ １１…ＣＰＵ １２…システムバス １３…ＲＯＭ １４…ＲＡＭ １５…シリアル通信用Ｉ／Ｏ ２０…ディスプレイ ３０…入力装置群 ４０…作業部 ４１…ホールディングピペットコントローラ ４２…ホールディングピペット ４３…インジェクションピペットコントローラ ４４…インジェクションピペット ４５…電圧コントローラ ４６…ＣＣＤ ４７…シャーレ ４８ａ〜ｄ…電極

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｎ 1/28 Ｇ０１Ｎ 1/28 Ｊ (72)発明者 塚田 修大 東京都国分寺市西元町１−１−27−204 (72)発明者 大石 勝昭 静岡県清水市七ツ新屋549−１ 駿河精 機株式会社内 (72)発明者 飯田 克彦 静岡県清水市八木間町846番２号 (56)参考文献 特開 平７−31457（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−224528（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−221987（ＪＰ，Ａ) 特表2000−501022（ＪＰ，Ａ) 特表 平10−501454（ＪＰ，Ａ) 特許2618973（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B81B 1/00 - 7/00 B81C 1/00 - 5/00 B25J 7/00 G01N 1/00

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する２面の平板電極とこれらの平板
   電極に対して互いに絶縁されつつ平板電極が略直角に連
   結されることによりこれらの平板電極が略同一平面上に
   配設されたコの字状を形成し、上記略直角に連結された
   平板電極の下面にて当該平板電極を回転可能に支持する
   回転軸が取り付けられており、これらの平板電極が配設
   された平面内の位置決め対象物に対して作用する電場を
   発生させる電場発生手段と、 同電場発生手段による発生電場を制御して上記位置決め
   対象物に回転電場を作用させ、上記回転軸を回転させる
   ことによって回転電場の回転面を変更しつつ上記位置決
   め対象物を回転させる発生電場制御手段とを具備するこ
   とを特徴とする位置決め装置。
2. 【請求項２】 所定の作業領域の壁面に４個の電極を配
   設するに当たり、対向される一対の電極とその配設面に
   隣接する一面に配設された第３の電極によって略同一平
   面上に３電極を配設し、これら３電極に隣接する一面に
   おいてホールディングピペットの挿入経路を避けるよう
   にして第４の電極を配設し、上記一対の電極および第３
   の電極に交わる平面内と上記第３の電極と第４の電極と
   に交わる平面内の位置決め対象物に対して作用する電場
   を発生させる電場発生手段と、同電場発生手段による発
   生電場を制御して上記位置決め対象物に回転電場を作用
   させ、上記上記一対の電極および第３の電極に交わる平
   面内と上記第３の電極と第４の電極とに交わる平面内で
   位置決め対象物を回転させる発生電場制御手段とを具備
   することを特徴とする位置決め装置。
3. 【請求項３】 上記請求項１または請求項２のいずれか
   に記載の位置決め装置において、 上記発生電場制御手段は、上記電場発生手段において上
   記位置決め対象物を分極させる電場を発生可能であるこ
   とを特徴とする位置決め装置。
4. 【請求項４】 上記請求項３に記載の位置決め装置にお
   いて、 上記発生電場制御手段は、上記電場発生手段において回
   転電場を発生させるように制御可能であることを特徴と
   する位置決め装置。
5. 【請求項５】 上記請求項１〜請求項４のいずれかに記
   載の位置決め装置において、 上記発生電場制御手段は、上記複数の電極による各発生
   電場の合成電場が回転電場になるように、各電極に所定
   の位相ずれを持たせた電圧を印加することを特徴とする
   位置決め装置。
6. 【請求項６】 上記請求項１〜請求項５のいずれかに記
   載の位置決め装置において、 上記発生電場制御手段は、振動電場を発生させることが
   可能であることを特徴とする位置決め装置。
7. 【請求項７】 上記請求項１〜請求項６のいずれかに記
   載の位置決め装置において、 上記位置決め対象物の周囲は、同位置決め対象物に発生
   する慣性力に抗して変位を停止させる粘性を有する媒質
   に覆われていることを特徴とする位置決め装置。
8. 【請求項８】 上記請求項７に記載の位置決め装置にお
   いて、 上記発生電場制御手段は、上記電極に対して媒質が電気
   分解しない程度の高周波交流電圧を印加することを特徴
   とする位置決め装置。
9. 【請求項９】 位置決め対象物を回転させつつ位置決め
   する位置決め方法であって、 対向する２面の平板電極とこれらの平板電極に対して互
   いに絶縁されつつ平板電極が略直角に連結されることに
   よりこれらの平板電極が略同一平面上に配設されたコの
   字状を形成し、上記略直角に連結された平板電極の下面
   にて当該平板電極を回転可能に支持する回転軸が取り付
   けられており、これらの平板電極が配設された平面内の
   位置決め対象物に対して作用する電場を発生させる電場
   発生工程と、 同電場発生工程による発生電場を制御して上記位置決め
   対象物に回転電場を作用させ、上記回転軸を回転させる
   ことによって回転電場の回転面を変更しつつ上記位置決
   め対象物を回転させる発生電場制御工程とを具備するこ
   とを特徴とする位置決め方法。
10. 【請求項１０】 位置決め対象物を回転させつつ位置決
    めする位置決め方法であって、 所定の作業領域の壁面に４個の電極を配設するに当た
    り、対向される一対の電極とその配設面に隣接する一面
    に配設された第３の電極によって略同一平面上に３電極
    を配設し、これら３電極に隣接する一面においてホール
    ディングピペットの挿入経路を避けるようにして第４の
    電極を配設し、上記一対の電極および第３の電極に交わ
    る平面内と上記第３の電極と第４の電極とに交わる平面
    内の位置決め対象物に対して作用する電場を発生させる
    電場発生工程と、 同電場発生工程による発生電場を制御して上記位置決め
    対象物に回転電場を作用させ、上記上記一対の電極およ
    び第３の電極に交わる平面内と上記第３の電極と第４の
    電極とに交わる平面内で位置決め対象物を回転させる発
    生電場制御工程とを具備することを特徴とする位置決め
    方法。