JP4062669B2 - Micro object suction holding device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、実験室等で使用され、微少物体を顕微鏡プレパラート上に載置するのに使用する改良型の液圧マイクロマニュピレータないしはマイクロインジェクタとして利用する微少物体吸引保持装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、実験室等において、人間、動物等の卵細胞その他の直径約100〜200ミクロン、重さ0.5〜4マイクログラム程度の大きさの微少物体を顕微鏡観察するためには、これらの微少物体を所定の保存場所から取り上げ、顕微鏡で観察できる所定の場所に設置しなければならない。
ところが、人間や動物等のこの種の卵細胞を顕微鏡等で観察できる場所に載置する場合には、この種の卵細胞等は、微少物体であることに加え、その表面は柔らかく些細な外力によって、その表面が簡単に破壊されてしまうので、移動する際には、特殊な器具・装置を用いて、慎重に吸引保持移動が行われる。そこで、通常、この種の卵細胞の移動には、液圧マイクロマニュピレータないしはマイクロインジェクタと称する治具を用いて、これらの卵細胞を吸引保持し、必要な場所に載置する作業が行われる。
【0003】
図4は、このような従来から使用されている微少物体の吸引保持移動に使用されるマイクロインジェクタの概略を示す図であり、図中、101は、卵細胞等を吸飲保持するピペット管であり、先端に微少開口を有し、内部に所定の液体(オイル)で充満され、このピペット管101は、所定の液体(流動パラフィン)を充満させた状態でフレキシブルチューブ103および本体104に接続された構成からなる。そして、このようなピペット管101および金属チューブ102は、マイクロインジェクタ本体104に接続され、当該マイクロインジェクタ本体104は、ダイヤル式インジェクタ105から構成され、ダイヤル106を左右に回動することにより、内部に封入された液体(例えば、流動パラフィン等)の微少量を吸引または排出できるように構成されている。
【0004】
したがって、前記ピペット管101の先端に、例えば、直径約100〜200ミクロンの卵細胞を吸引保持しようとするときには、当該ピペット管101の先端開口まで液体で満たし、その状態で卵細胞に密着させ、前記ダイヤル106を回動させて、ピペット管101先端開口に負圧をかけると、その負圧力によって、微少な卵細胞は、ピペット管先端開口に吸引保持される。そして、吸引保持した状態で、顕微鏡観察領域等に移動する。
顕微鏡観察領域に移動したら、今度は、前記ダイヤル106を逆に回動し、前記ピペット管先端開口に正圧をかけ、前記卵細胞をピペット管先端開口から押しだし、密着を切り離すようにする。そして、切り離された卵細胞を顕微鏡観察領域に載置して、卵細胞観察を行うのである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして、微少で、かつ、表面が破壊されやすい卵細胞を顕微鏡観察領域に移動させるのであるが、前記マイクロインジェクタの操作、特に、前記ダイヤル106の操作は、微少なものの吸引や排出を行うように構成されているのであるが、それでも、ダイヤルの回転させすぎ等によって、柔らかな細胞表面を、負圧で破いてしまうことがあり、当該マイクロインジェクタの操作にはそれなりの熟練を要していた。そして、熟練した者であっても、何かの拍子に前記ダイヤル106の回動させ過ぎが生じ、同様の卵細胞表面破壊を引き起こすことがあった。また、これらの装置は総じて内部封入液体であるオイルを使用するので、装置のみならず、その操作保守等に煩雑であるという欠点がある。
また、従来の装置では、オイルを満たし、手元のダイヤルからガラス管へ陽圧・引圧を伝えるチューブが長かったために、何かの拍子にチューブに接触してしまうと引圧を解放してしまい卵細胞が離れるという問題点があった。
そこで、本願発明は、微少かつ表面が壊れやすい卵細胞等を熟練を要することなく確実に吸引保持し、目的とする場所に移動させることができる微少物体吸引保持装置を提供することを目的とする。
【0006】
上記目的に鑑み、本願請求項1に係る微少物体吸引保持装置は、先端が100〜200ミクロンの微少物体を吸引する開口を有し、他端がT字状に先端開口より大口径に形成された大口径封止部を有し、その分岐封止端近傍に配置された加熱部を備え、その直状端に吸引卵細胞表面の堅さ測定用の超音波発信器および/または内部攪拌用超音波振動子が配置されたガラスピペット管と、前記加熱部を加熱する電源部を備え、予め前記加熱部に所定時間通電して加熱することにより、前記ガラスピペット管内の内部空気を膨張させ、前記先端に正圧を発生させ、その状態で、前記先端に人間、動物等の卵細胞またはマイクロカプセルを密着させた後、前記通電を切断することにより、前記ガラスピペット管を冷却状態にし、内部空気を縮小させて、前記先端に負圧を発生させて、前記卵細胞またはマイクロカプセルを吸引保持させるようにしたことを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
本願発明を好ましい実施の形態に基づいて説明する。
〔第1の実施の形態〕
図1は、本願発明の第1の実施の形態に係る微少物体吸引保持装置の概略を示す概略図である。
図中、1は、微少物体吸引保持装置本体を示し、2は、先端が細く開口される吸引用ガラスピペット管(ガラス管)であり、その先端に続いて径0.5ミリの口径太部分を有する。また、符号3は、この口径太部分に所定回コイル状に巻回された加熱用ニクロム線である。さらに、4は、スイッチ、5は、直流電源、6は、サーボコントローラ、7は、サーボ機構である。このサーボコントローラ6およびサーボ機構7は、微少移動を精密に行うための装置であり、操作者の前記サーボコントローラ6の三方向の回転コントローラを回動することにより、前記サーボ機構7に支障された前記ガラスピペット管2を左右、前後ないしは上下の三次元移動を精密に行わせしめることが可能なものである。このサーボコントローラ6およびサーボ機構7は、当該微少物体吸引保持装置固有のものではないけれども、本願発明に係る微少物体吸引保持装置は、微少移動を精密に行う必要があることから不可欠のものである。
【0008】
本願発明に係る微少物体吸引保持装置は、これらのサーボコントローラ6およびサーボ機構7を利用し、さらに、そこに支障される前記ガラスピペット管2の内部空気を加熱することにより膨張・縮小させ、この空気の膨張・縮小作用を利用して、ガラスピペット管2の先端に卵細胞等微少物体を吸引保持し、あるいは、解放するものである。
【0009】
図2に中空ガラスピペット管2および根本の口径太部分に巻回されたニクロム線構造の概略を示す。図2は、中空ガラスピペット管2および根本の口径太部分に巻回されたニクロム線構造の概略図である。前述するように、図中の符号2は、先端が130ミクロン口径で開口される吸引用ガラスピペット管(ガラス管)であり、本実施の形態においては、当該ガラスピペット管2には、Narishige社製G−1のガラス管を使用し、前記最細部分に続いて、これに連なって径0.5ミリの口径太部分を有し、長さは40mmである。また、符号3は、この口径太部分に所定回コイル状に巻回された加熱用ニクロム線であり、このニクロム線の抵抗は全体として25Ωの抵抗値を有する。8は、電流調節用可変抵抗であり、本実施の形態においては、100Ωの可変抵抗を使用している。また、9は、スイッチ、10は、直流電源である。
【0010】
本実施の形態に係る加熱用ニクロム線3が巻回されたガラスピペット管2で卵細胞等を吸引・保持し、さらに、解放する仕組みは、次の概略による。すなわち、上述の組合せによる電気構成により、前記直流電源10より、直流10Vを約1秒間与えることで卵細胞を吸引することができる。この際に流れる電流を測定したところ0.2Aであった。したがって、その熱量は、Q 1= 0.24×i×E×t =0.24×0.2×10×1 =0.48calの熱量供給が行われていることとなる。その時、先端細管部で約1mmの空気膨張が観察されたので、この熱量供給による前記ガラスピペット管2内の空気の膨張を計算すると、ガラスピペット管2の先端径は130マイクロメートルであり、その間の空気が、前記熱量供給により、約1mm膨張する。
【0011】
すなわち、この細管部分の体積変化を無視すると、当該ガラスピペット管2内の空気の総体積Vは、V =0.5×0.5×3.14×40 =31.4mm3であり、その総体積が、前記0.48calの熱量により、その膨張体積ΔV =0.13×0.13×3.14×1 =0.053 mm3だけ増量され、このΔVが、細管容積を押し出し、その押し出し量の加圧により、または、電源がオフ状態になって前記ガラスピペット管2の口径太部分が冷却されて、この部分の空気が縮小したときの減圧により、細管先端に微少卵細胞を解放し、あるいは、吸引・保持することとなる。
【0012】
ちなみに、前記ガラスピペット管2内の空気は、前記 V0.2Aを1秒間印加することにより、この部分の温度は、0.5℃の温度上昇をしたこととなり、これにより、Q2 = 0.24×1.205×10-6×31.4×0.5 =0.45×10-5 cal(Q = 比熱×重さ×温度変化)の熱量が発生したこととなる。この場合の熱の伝達効率は、Q2 / Q1×100 = 0.00095 %となる。また、空気比熱を0.24kcal/kg・℃、空気の密度を1.205kg/m3 (20℃・大気圧)として計算した。
【0013】
このように、上記のような130ミクロン口径の先端細管からなるガラスピペット管2の口径太部分に配置されたニクロム線(25Ω)に直流10V×0.2Aの電流を約1秒間与えることで、内部の空気を膨張させ、その後、印加を切断することにより、当該部分の空気が冷却され、それによって、前記ガラスピペット管2の先端に密着された人間、動物等の卵細胞やマイクロカプセル等の微少物体を、その表面を損傷することなく、所定時間吸引しつつ移動することができ、その後、さらに、電源を再投入することにより、内部空気を再び膨張させ、空気の膨張により、前記ガラスピペット管2に先端に欧圧力を生じさせ、吸引・保持していた卵細胞表面を解放し、その場所に、卵細胞を配置することが可能であった。
【0014】
〔第2の実施の形態〕
上記は、第1の実施の形態として、前記ガラスピペット管2を直状のものを用いたが、これは、図3に示すように、T字形のガラスピペット管を用い、直状分岐部に配置した加熱部分の外に、直状底部に超音波発信器を設け、この超音波発信器から発した超音波によって、先端に吸引した卵細胞等の表面の堅さ等を測定する触覚センサーを配置できるようにしたものである。
【0015】
図3は、T字型ガラスピペット管を用い、直状底部に触覚センサー用の超音波発信器を配置した第2の実施の形態のガラスピペット管および巻回ニクロム線部の概略を示す図であり、前記第1の実施の形態に示したものの同一部分は同一符号を用いて示す。図中、2および3は、それぞれガラスピペット管およびコイル状ニクロム線であるが、本実施の形態では、ガラスピペット管2自体が、図3に示すように、T字形に形成され、一方が閉止された分岐端にニクロム線が巻回され、この部分を加熱できるように構成したものであり、また、T字形ガラスピペット管2の直状端には、触覚センサーを構成する超音波発信器11を配置して封止したものである。なお、図中、符号12は、発信器を設置する封止装置である。
【0016】
本実施の形態においては、使用されるガラスピペット管2は、T字状に3つの端部を有するが、内部は中空に連結されており、前記第1の実施の形態と同様に、T字形の分岐端が加熱されると、その加熱によって内部の空気が膨張し、膨張力により内部の空気が前記ガラスピペット管2の先端より押し出され、内部の空気が押し出された状態で、その先端を卵細胞等に密着させておき、その状態で、前記ニクロム線への通電を終了させると、加熱が終了し、自然冷却により、内部の空気が縮小し、前記ガラスピペット管の先端に負圧が生じ、その負圧によって、先端に卵細胞等が吸引・保持される。そして、卵細胞等を吸引・保持した状態で、必要とする場所、例えば、顕微鏡観察領域に移動させた後に、再度、ニクロム線へ通電することにより、その部分を加熱し、内部空気を膨張させ、それによって、ガラスピペット管2の先端に正圧を生じさせ、卵細胞等を先端から解放する。
【0017】
この第2の実施の形態に係る微少物体吸引保持装置では、吸引・保持したまま、その卵細胞等の表面の堅さを計測することができるので、別途の硬度計測装置等に配置することなく表面硬度を計測でき、また、前述するように、移動の際に表面を破壊するおそれもない。さらに、操作性、保守性等は、従来のオイルを使用する補足装置より軽減され、各段に操作性、保守性が向上し、実験作業能率が向上する。
また、上記第2の実施の形態においては、T字形のガラスピペット管の直状底部に卵細胞等の表面の堅さ等を測定する触覚センサー用超音波発信器を配置したが、この触覚センサー用超音波発信器に代え、または、この触覚センサー用超音波発信器と共に、ガラスピペット管先端のマイクロカプセルの内部をかく乱する内部攪拌用超音波振動子を配置するようにしてもよい。マイクロカプセルの内部をかく乱する内部攪拌用超音波振動子を配置することによって、例えば、単一細胞内から取り出した細胞内物質等、非常に微量な物質に対して攪拌を行うことができるので、化学反応を誘起させる必要があるときなどに、特に有用となるものである。
【0018】
【発明の効果】
本願発明に係る微少物体吸引保持装置は、先端に130ミクロン程度の開口を有し、多端に大口径封止部を有し、該封止部近傍に配置された加熱部を備えたガラスピペット管と、前記加熱部を加熱する電源部を備え、予め前記加熱部に所定時間通電して加熱することにより、前記ガラスピペット管内の内部空気を膨張させ、前記先端に正圧を発生させ、その状態で、前記先端に人間、動物等の卵細胞を密着させた後、前記通電を切断することにより、前記ガラスピペット管を冷却状態にし、内部空気を縮小させて、前記先端に負圧を発生させて、前記卵細胞等を吸引保持させるようにしたので、油圧等を利用する従来装置に比し、油圧調整等の必要がなく、その分装置を簡易に構成でき、さらに、その操作、保守等を簡易に行うことができるという効果がある。
さらに、本装置を用いることにより、長いチューブに接触して、何かの拍子に引圧を解放してしまい卵細胞が離れるという問題点が解決され、作業の効率化が望まれる。
【0019】
さらに、ガラスピペット管の内容積と先端開口および加熱熱量のみに基づいて、先端開口の正圧、負圧の調整が可能であるので、吸引保持する微少物体の表面の堅さに応じて、これらを容易に調整することができ、拡張性の高い装置とすることができるという優れた効果を有する。
また、第2の実施の形態に示したようなT字形のガラスピペット管を使用することにより、加熱部を当該ピペット管の直状端に設けないようにして、この直状端に触覚センサ用の超音波発信器やその他のセンサ手段を設けることによって、極めて容易に、先端に吸引保持しながら、その表面堅さ等を計測でき、または、内部攪乱を行うことができ、いわば、硬度計機能を兼ね備えた微少物体吸引保持装置とすることができるという優れた効果を有する。
さらに、卵細胞等を吸引・保持したまま、内部攪乱用超音波振動子からガラス管(ガラス管内ではなく)に超音波を照射することにより、先端の卵細胞またはマイクロカプセル内を攪乱することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本願発明の第1の実施の形態に係る微少物体吸引保持装置の概略を示す概略図、
【図2】 図2は、中空ガラスピペット管2および根本の口径太部分に巻回されたニクロム線構造の概略図、
【図3】 図3は、T字型ガラスピペット管を用い、直状底部に触覚センサー用の超音波発信器を配置した第2の実施の形態のガラスピペット管および巻回ニクロム線部の概略を示す図、
【図4】 図4は、このような従来から使用されている微少物体の吸引保持移動に使用されるマイクロインジェクタの概略を示す図である。
【符号の説明】
1・・・微少物体吸引保持装置本体
2・・・吸引用ガラスピペット管
3・・・加熱用ニクロム線
4・・・スイッチ
5・・・直流電源
6・・・サーボコントローラ
7・・・サーボ機構
8・・・電流調節用可変抵抗
9・・・スイッチ
10・・・直流電源
11・・・超音波発信器
12・・・封止装置
101・・・ピペット管
102・・・金属チューブ
103・・・フレキシブルチューブ
104・・・マイクロインジェクタ本体
105・・・ダイヤル式インジェクタ
106・・・ダイヤル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a minute object suction and holding apparatus used as an improved hydraulic micromanipulator or microinjector used in a laboratory or the like and used to place a minute object on a microscope preparation.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to observe a microscopic object having a diameter of about 100 to 200 microns and a weight of about 0.5 to 4 microgram in a laboratory, etc. Must be taken from a predetermined storage location and placed in a predetermined location where it can be observed with a microscope.
However, when this type of egg cell such as a human being or an animal is placed in a place where it can be observed with a microscope or the like, this type of egg cell is not only a minute object, but its surface is soft and has a slight external force. Since the surface is easily destroyed, when it is moved, the suction holding movement is carefully performed using a special instrument / device. Therefore, this kind of egg cell is usually moved by sucking and holding the egg cell using a jig called a hydraulic micromanipulator or microinjector and placing it in a required place.
[0003]
FIG. 4 is a diagram showing an outline of a microinjector used for sucking and holding such a small object conventionally used. In FIG. 4, 101 is a pipette tube for sucking and holding egg cells and the like. The
[0004]
Therefore, when trying to suck and hold an egg cell having a diameter of about 100 to 200 microns, for example, at the tip of the
After moving to the microscopic observation region, the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In this way, the egg cells that are minute and whose surface is easily destroyed are moved to the microscope observation region. The operation of the microinjector, particularly the operation of the
In addition, with conventional devices, the tube that fills the oil and transmits positive pressure and pulling pressure from the dial at hand to the glass tube is long, so if it touches the tube at any moment, the pulling pressure is released. There was a problem that the egg cells were separated.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a minute object suction holding device that can reliably suck and hold egg cells and the like whose surface is easily broken without requiring skill and move them to a target location.
[0006]
In view of the above-described object, the minute object suction holding apparatus according to
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described based on a preferred embodiment.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic view showing an outline of a minute object suction / holding device according to a first embodiment of the present invention.
In the figure,
[0008]
The minute object suction and holding device according to the present invention uses these servo controller 6 and servo mechanism 7, and further expands and contracts by heating the internal air of the
[0009]
FIG. 2 shows an outline of the nichrome wire structure wound around the hollow
[0010]
The mechanism for sucking and holding egg cells and the like with the
[0011]
That is, ignoring the volume change of the thin tube portion, the total volume V of air in the
[0012]
Incidentally, the air in the
[0013]
Thus, by applying a current of DC 10V × 0.2A for about 1 second to the nichrome wire (25Ω) arranged in the large-diameter portion of the
[0014]
[Second Embodiment]
The above uses a straight
[0015]
FIG. 3 is a diagram showing an outline of a glass pipette tube and a wound nichrome wire portion of a second embodiment in which a T-shaped glass pipette tube is used and an ultrasonic transmitter for a tactile sensor is arranged on a straight bottom portion. The same parts as those shown in the first embodiment are indicated by the same reference numerals. In the figure, 2 and 3 are a glass pipette tube and a coiled nichrome wire, respectively, but in this embodiment, the
[0016]
In the present embodiment, the
[0017]
In the minute object suction and holding device according to the second embodiment, the surface hardness of the egg cell or the like can be measured while being sucked and held, so that the surface can be measured without being arranged in a separate hardness measuring device or the like. Hardness can be measured, and as described above, there is no possibility of destroying the surface during movement. Furthermore, operability, maintainability, etc. are reduced from the supplementary device using conventional oil, and the operability and maintainability are improved at each stage, and the experimental work efficiency is improved.
In the second embodiment, the ultrasonic transmitter for a tactile sensor for measuring the surface hardness of an egg cell or the like is arranged on the straight bottom of the T-shaped glass pipette tube. Instead of the ultrasonic transmitter, or together with this ultrasonic sensor ultrasonic transmitter, an internal stirring ultrasonic transducer that disturbs the inside of the microcapsule at the tip of the glass pipette tube may be arranged. By arranging an internal stirring ultrasonic vibrator that disturbs the inside of the microcapsule, for example, it is possible to stir a very small amount of substance, such as an intracellular substance taken out of a single cell, This is particularly useful when it is necessary to induce a chemical reaction.
[0018]
【The invention's effect】
A minute object suction holding device according to the present invention is a glass pipette tube having an opening of about 130 microns at the tip, a large-diameter sealing part at the multi-end, and a heating part arranged in the vicinity of the sealing part. And a power supply unit that heats the heating unit, and energizes and heats the heating unit for a predetermined time in advance to expand the internal air in the glass pipette tube and generate a positive pressure at the tip. Then, after the egg cells of humans, animals, etc. are brought into close contact with the tip, the glass pipette tube is cooled by cutting off the energization, the internal air is reduced, and negative pressure is generated at the tip. Since the egg cells etc. are sucked and held, there is no need to adjust the hydraulic pressure, etc., compared to conventional devices that use hydraulic pressure, etc., so that the device can be configured easily, and its operation, maintenance, etc. are simple Can be done There is an effect that.
Furthermore, the use of this device solves the problem of contact with a long tube, releasing the attractive pressure to some beat and leaving the egg cell away, and it is desirable to improve the efficiency of the work.
[0019]
Furthermore, the positive pressure and negative pressure of the tip opening can be adjusted based only on the internal volume of the glass pipette tube, the tip opening, and the amount of heating heat. Can be easily adjusted, and it has an excellent effect that a highly expandable device can be obtained.
Further, by using a T-shaped glass pipette tube as shown in the second embodiment, the heating portion is not provided at the straight end of the pipette tube, and the tactile sensor is attached to the straight end. By providing an ultrasonic transmitter and other sensor means, it is very easy to measure the surface hardness, etc. while sucking and holding the tip, or to perform internal disturbances. It has the outstanding effect that it can be set as the micro object suction holding | maintenance apparatus which combines.
Furthermore, by irradiating the glass tube (not inside the glass tube) with ultrasonic waves from the internal disturbance ultrasonic vibrator while sucking and holding the egg cells, the tip egg cell or the microcapsule can be disturbed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a minute object suction holding device according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a schematic view of a nichrome wire structure wound around a hollow
FIG. 3 is a schematic view of a glass pipette tube and a wound nichrome wire portion according to a second embodiment in which a T-shaped glass pipette tube is used and an ultrasonic transmitter for a tactile sensor is arranged on a straight bottom. Figure showing the
FIG. 4 is a diagram showing an outline of a micro-injector used for sucking and holding such a small object conventionally used.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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