JP4621942B2 - Microinjection method using liquid expansion pressure by laser heating - Google Patents
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Description
本発明は、液体吐出法、特にマイクロインジェクション法に適用することができる液体吐出法に関する。 The present invention relates to a liquid discharge method, and more particularly to a liquid discharge method that can be applied to a microinjection method.
核酸、タンパク質等の目的物質を細胞内に導入するには、マイクロキャピラリー(マイクロピペットとも呼ばれる)を用いたマイクロインジェクション法が利用されている。従来のマイクロインジェクション法では、先端部が針状となっているマイクロキャピラリーの内部に目的物質を含有する液体を保持し、キャピラリーの先端部を細胞内に挿入し、空気圧又は油圧を利用してキャピラリーの内部に保持された液体を細胞内へ吐出させることにより、目的物質を細胞内にインジェクションする。 In order to introduce target substances such as nucleic acids and proteins into cells, a microinjection method using a microcapillary (also called a micropipette) is used. In the conventional microinjection method, a liquid containing a target substance is held inside a microcapillary whose tip is needle-shaped, the tip of the capillary is inserted into a cell, and the capillary is made using air pressure or hydraulic pressure. The target substance is injected into the cell by discharging the liquid held inside the cell into the cell.
キャピラリーの先端部の外径を1μm以下にすると、細胞にダメージを与えることなく、目的物質を含有する液体を細胞内にインジェクションできるとともに、キャピラリーの先端部の内径を、細胞内にインジェクションされる液体量を精密に制御できる大きさとすることができる。 When the outer diameter of the capillary tip is 1 μm or less, a liquid containing the target substance can be injected into the cell without damaging the cell, and the capillary inner tip is injected into the cell. The amount can be set to a size that can be precisely controlled.
しかしながら、空気圧又は油圧を利用してキャピラリーの内部に保持された液体を吐出させる場合、十分な吐出圧が得られないため、キャピラリーの先端部の外径を1μm以下にすると、キャピラリーの先端部が詰るおそれがある。このため、空気圧又は油圧を利用してキャピラリーの内部に保持された液体を吐出させる場合、細胞にダメージを与えることなく液体を細胞内にインジェクションすること、及び細胞内にインジェクションされる液体量を精密に制御することを実現することは困難である。 However, when the liquid held inside the capillary is discharged using air pressure or hydraulic pressure, a sufficient discharge pressure cannot be obtained. Therefore, if the outer diameter of the capillary tip is 1 μm or less, the tip of the capillary is There is a risk of clogging. For this reason, when the liquid retained inside the capillary is discharged using air pressure or hydraulic pressure, the liquid is injected into the cell without damaging the cell, and the amount of liquid injected into the cell is precisely determined. It is difficult to realize control.
このような状況の下、図7に示すように、一端に液体吐出口31を有し、他端に液体導入口32を有するガラス製のマイクロキャピラリー30の内部に、液体導入口32から、核酸を含有する液体サンプルL、液体合金であるガリンスタンG及びシリコンオイルSを順に導入し、エポキシ樹脂Eを満たしたガラスキャップ40で液体導入口32を封止し、マイクロキャピラリー30の外部から熱風を吹き付け、ガリンスタンGの熱膨張圧を発生させ、液体サンプルLを液体吐出口31から吐出させる方法が開発されている(非特許文献1)。この方法によれば、ガリンスタンGの熱膨張により発生する熱膨張圧を利用することで、空気圧又は油圧を利用する場合よりも大きな液体吐出圧を得ることができ、先端部の外径が1μm以下であるマイクロキャピラリー30を用いて液体サンプルLを吐出させることができる。
しかしながら、マイクロキャピラリー30の外部から熱風を吹き付けることによりガリンスタンGを加熱する場合、ガリンスタンGの温度制御が困難であるとともに、ガリンスタンGの温度を制御可能な範囲も狭い。 However, when the Galinstan G is heated by blowing hot air from the outside of the microcapillary 30, it is difficult to control the temperature of the Galinstan G, and the range in which the temperature of the Galinstan G can be controlled is narrow.
また、熱風を吹き付けることによりガリンスタンGとともにマイクロキャピラリー30も熱膨張するため、熱膨張率が大きいガリンスタンという特殊な液体金属の使用が必要となる。 In addition, since the microcapillary 30 is thermally expanded together with the Galinstan G by blowing hot air, it is necessary to use a special liquid metal called Galinstan having a high coefficient of thermal expansion.
さらに、熱風を吹き付けることによりマイクロキャピラリー30が振動するおそれがあるため、顕微鏡ステージ上の狭い空間において精密な作業を行うことは困難である。 Furthermore, since the microcapillary 30 may vibrate by blowing hot air, it is difficult to perform precise work in a narrow space on the microscope stage.
さらに、ガリスタンGの一部がマイクロキャピラリー30の先端部に落下し、先端部が詰るおそれがある。 Furthermore, a part of Galistan G may fall on the tip of the microcapillary 30 and the tip may be clogged.
さらに、エポキシ樹脂Eを満たしたガラスキャップ40で液体導入口32を封止する作業は煩雑で時間を要するため、作業効率が低下する。 Furthermore, since the operation | work which seals the liquid inlet 32 with the glass cap 40 with which the epoxy resin E was filled is complicated and requires time, work efficiency falls.
そこで、本発明は、キャピラリーの外部から熱風を吹き付けることなく、キャピラリーの内部に保持された液体を加熱し、当該液体の熱膨張圧を利用して、キャピラリーの内部に保持された目的の液体を吐出することができる液体吐出法、並びに該液体吐出法に利用できるキャピラリーホルダー及びレーザ照射装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention heats the liquid held inside the capillary without blowing hot air from the outside of the capillary, and uses the thermal expansion pressure of the liquid to obtain the target liquid held inside the capillary. It is an object of the present invention to provide a liquid discharge method that can be discharged, and a capillary holder and a laser irradiation apparatus that can be used for the liquid discharge method.
上記目的を達成するために、本発明は、一端に液体吐出口を有するキャピラリーの内部に、第一の液体層及びレーザ光吸収剤を含有する第二の液体層を、前記第一の液体層が前記液体吐出口側に位置するように保持させ、前記第二の液体層を前記キャピラリーの内部に密閉する密閉部を形成し、前記第二の液体層にレーザ光を照射し、前記キャピラリーの液体吐出口から前記第一の液体層の液体を吐出させることを特徴とする液体吐出法を提供する。 To achieve the above object, the present invention provides a first liquid layer containing a first liquid layer and a second liquid layer containing a laser light absorber inside a capillary having a liquid discharge port at one end. Is held so as to be located on the liquid discharge port side, forming a sealed portion that seals the second liquid layer inside the capillary, irradiating the second liquid layer with laser light, A liquid discharge method is provided, wherein the liquid in the first liquid layer is discharged from a liquid discharge port.
また、本発明は、キャピラリー保持部と、光ファイバー装着部と、前記光ファイバー装着部に装着された光ファイバーから発せられるレーザ光が、前記キャピラリー保持部に保持されたキャピラリーの外壁面のうち目的の領域に照射されるように、前記レーザ光を案内する光通路とを備えたことを特徴とするキャピラリーホルダーを提供する。 Further, the present invention provides a capillary holding portion, an optical fiber mounting portion, and a laser beam emitted from an optical fiber mounted on the optical fiber mounting portion in a target region on an outer wall surface of the capillary held by the capillary holding portion. There is provided a capillary holder comprising an optical path for guiding the laser beam so as to be irradiated.
さらに、本発明は、本発明のキャピラリーホルダーと、前記キャピラリーホルダーの光ファイバー装着部に装着された光ファイバーと、前記光ファイバーに接続されたレーザ光源と、前記レーザ光源から発せられるレーザ光の出力をコントロールするコントローラとを備えたことを特徴とするレーザ光照射装置を提供する。 Furthermore, the present invention controls the capillary holder of the present invention, an optical fiber mounted on the optical fiber mounting portion of the capillary holder, a laser light source connected to the optical fiber, and an output of the laser light emitted from the laser light source. Provided is a laser beam irradiation apparatus comprising a controller.
本発明の液体吐出法において、第二の液体層にレーザ光を照射すると、第二の液体層に含有されるレーザ光吸収剤がレーザ光を吸収して発熱し、第二の液体層は加熱されて熱膨張する。第二の液体層は第一の液体層と密閉部との間に挟まれ、キャピラリーの内部に密閉された状態で保持されているので、第二の液体層の熱膨張により熱膨張圧が発生する。密閉部により第二の液体層の密閉部方向への動きは防止されるので、第二の液体層の熱膨張圧は第一の液体層の吐出圧に変換され、第一の液体層の液体はキャピラリーの液体吐出口から吐出される。 In the liquid ejection method of the present invention, when the second liquid layer is irradiated with laser light, the laser light absorbent contained in the second liquid layer absorbs the laser light and generates heat, and the second liquid layer is heated. And thermally expands. Since the second liquid layer is sandwiched between the first liquid layer and the sealed portion and is held in a sealed state inside the capillary, thermal expansion pressure is generated by the thermal expansion of the second liquid layer To do. Since the movement of the second liquid layer in the direction of the sealing portion is prevented by the sealing portion, the thermal expansion pressure of the second liquid layer is converted into the discharge pressure of the first liquid layer, and the liquid of the first liquid layer Is discharged from the liquid discharge port of the capillary.
本発明の液体吐出法において、レーザ光はキャピラリーを透過して第二の液体層に照射されるが、レーザ光の透過によりキャピラリーが熱膨張することはないので、第二の液体層の熱膨張圧は第一の液体層の吐出圧に迅速かつ効率よく変換され、第二の液体層の体積膨張量とほぼ等しい量の液体がレスポンスよく吐出される。したがって、第二の液体層を構成する液体としてガリンスタン等の特殊な液体金属を使用する必要はない。 In the liquid ejection method of the present invention, the laser beam is transmitted through the capillary and irradiated onto the second liquid layer, but the capillary does not thermally expand due to the transmission of the laser beam, so the thermal expansion of the second liquid layer The pressure is quickly and efficiently converted into the discharge pressure of the first liquid layer, and an amount of liquid approximately equal to the volume expansion amount of the second liquid layer is discharged with good response. Therefore, it is not necessary to use a special liquid metal such as galinstan as the liquid constituting the second liquid layer.
本発明の液体吐出法において、第二の液体層の温度上昇は、レーザ光の出力を調節することにより制御することができ、第二の液体層の温度上昇を制御することにより、第一の液体層を構成する液体の吐出量を制御することができる。 In the liquid ejection method of the present invention, the temperature rise of the second liquid layer can be controlled by adjusting the output of the laser beam, and by controlling the temperature rise of the second liquid layer, It is possible to control the discharge amount of the liquid constituting the liquid layer.
本発明の液体吐出法において、レーザ光を照射する際、熱風を吹き付ける場合のようにキャピラリーに振動が生じることはなく、顕微鏡ステージ上の狭い空間においても精密な作業を行うことができる。 In the liquid ejection method of the present invention, when irradiating laser light, the capillary does not vibrate unlike when hot air is blown, and a precise operation can be performed even in a narrow space on the microscope stage.
本発明の液体吐出法において、キャピラリーに保持された第一の液体層の液体を吐出させると第一の液体層の液量は減少するが、レーザ光の出力を調節して第二の液体層の温度上昇を制御することにより、十分に大きな第一の液体層の吐出圧を得ることができるので、第一の液体層の液量が減少しても第一の液体層の液体を吐出させることができる。したがって、キャピラリーに保持された第一の液体層の液体を繰り返し吐出させることができる。 In the liquid ejection method of the present invention, when the liquid in the first liquid layer held in the capillary is ejected, the amount of liquid in the first liquid layer decreases, but the second liquid layer is adjusted by adjusting the output of the laser beam. By controlling the temperature rise, a sufficiently large discharge pressure of the first liquid layer can be obtained, so that the liquid of the first liquid layer is discharged even if the liquid amount of the first liquid layer decreases. be able to. Therefore, the liquid of the first liquid layer held in the capillary can be repeatedly discharged.
本発明の液体吐出法の好ましい態様では、前記キャピラリーが他端に有する開口部から前記キャピラリーの内部に、前記第一の液体層を構成する液体、前記第二の液体層を構成する液体、及び硬化可能な液体樹脂を順に導入した後、前記液体樹脂を硬化させ、前記密閉部を形成する。本態様によれば、キャピラリーに強固に固定された密閉部を容易に形成することができる。 In a preferred aspect of the liquid ejection method of the present invention, a liquid constituting the first liquid layer, a liquid constituting the second liquid layer, and an inside of the capillary from an opening of the capillary at the other end, and After sequentially introducing a curable liquid resin, the liquid resin is cured to form the sealed portion. According to this aspect, the sealing part firmly fixed to the capillary can be easily formed.
上記態様において、前記液体樹脂がエネルギー線硬化性樹脂からなることが好ましい。この場合、エネルギー線の照射により、第二の液体層を熱膨張させることなく、液体樹脂を硬化させることができる。 In the above aspect, the liquid resin is preferably made of an energy ray curable resin. In this case, the liquid resin can be cured by the energy ray irradiation without thermally expanding the second liquid layer.
本発明の液体吐出法の好ましい態様では、前記第一の液体層が目的物質を含有しており、前記キャピラリーの液体吐出口を細胞内に挿入した状態で、前記第二の液体層にレーザ光を照射し、前記キャピラリーの液体吐出口から前記細胞内に前記第一の液体層の液体を吐出させる。本態様によれば、目的物質を細胞内にインジェクションすることができる。レーザ光の出力を調節して第二の液体層の温度上昇を制御することにより、十分に大きな第一の液体層の吐出圧を得ることができるので、細胞内に挿入されるキャピラリーの先端部の外径を1μm以下としても、キャピラリーの先端部が詰ることなく、目的物質を細胞内にインジェクションすることができる。細胞内に挿入されるキャピラリーの先端部の外径を1μm以下とすることにより、細胞にダメージを与えることなく目的物質を細胞内にインジェクションできるとともに、キャピラリーの先端部の内径を細胞内にインジェクションされる液体量を精密に制御できる大きさとすることができる。 In a preferred aspect of the liquid ejection method of the present invention, the first liquid layer contains a target substance, and a laser beam is applied to the second liquid layer while the liquid ejection port of the capillary is inserted into a cell. Then, the liquid in the first liquid layer is discharged into the cell from the liquid discharge port of the capillary. According to this aspect, the target substance can be injected into the cell. By adjusting the output of the laser beam to control the temperature rise of the second liquid layer, a sufficiently large discharge pressure of the first liquid layer can be obtained, so that the tip of the capillary inserted into the cell The target substance can be injected into cells without clogging the tip of the capillary even if the outer diameter of the tube is 1 μm or less. By setting the outer diameter of the tip of the capillary inserted into the cell to 1 μm or less, the target substance can be injected into the cell without damaging the cell, and the inner diameter of the tip of the capillary is injected into the cell. The amount of liquid to be controlled can be set to a size that can be precisely controlled.
本発明の液体吐出法は、本発明のキャピラリーホルダー又はレーザ光照射装置を使用して実施することができる。 The liquid ejection method of the present invention can be carried out using the capillary holder or the laser beam irradiation apparatus of the present invention.
本発明によれば、キャピラリーの外部から熱風を吹き付けることなく、キャピラリーの内部に保持された液体を加熱し、当該液体の熱膨張圧を利用して、キャピラリーの内部に保持された目的の液体を吐出することができる液体吐出法、並びに該液体吐出法に利用できるキャピラリーホルダー及びレーザ照射装置が提供される。 According to the present invention, the liquid held inside the capillary is heated without blowing hot air from the outside of the capillary, and the target liquid held inside the capillary is heated using the thermal expansion pressure of the liquid. Provided are a liquid discharge method capable of discharging, a capillary holder and a laser irradiation apparatus which can be used for the liquid discharge method.
以下、本発明の液体吐出法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態では、図1(a)に示すキャピラリー1を使用する。
キャピラリー1は管状であり、図1(a)に示すように、一端に液体吐出口11を有し、他端に液体吐出口11と連通する液体導入口12を有している。図1(a)に示すように、キャピラリー1の先端部は針状となっており、キャピラリー1の先端部を細胞に刺すことができるようになっている。キャピラリー1の先端部の外径は、通常0.1〜1μm、好ましくは0.1〜0.5μmであり、細胞に刺したときに細胞へのダメージを抑えることができるようになっている。
Hereinafter, an embodiment of a liquid ejection method of the present invention will be described with reference to the drawings.
In this embodiment, the capillary 1 shown in FIG.
As shown in FIG. 1A, the capillary 1 has a liquid discharge port 11 at one end and a liquid introduction port 12 communicating with the liquid discharge port 11 at the other end. As shown in FIG. 1 (a), the tip of the capillary 1 has a needle shape so that the tip of the capillary 1 can be inserted into a cell. The outer diameter of the tip of the capillary 1 is usually 0.1 to 1 μm, preferably 0.1 to 0.5 μm, so that damage to the cells can be suppressed when piercing the cells.
キャピラリー1の内径は、液体導入口12からキャピラリー1内に導入された液体が、毛細管現象によって液体吐出口11の方向に移動し、キャピラリー1内に保持されるように調節されている。キャピラリー1の液体導入口12の内径は通常400〜800μm、好ましくは500〜700μmであり、液体吐出口11の内径は通常0.06〜0.6μm、好ましくは0.06〜0.3μmである。 The inner diameter of the capillary 1 is adjusted so that the liquid introduced from the liquid inlet 12 into the capillary 1 moves toward the liquid outlet 11 by capillary action and is held in the capillary 1. The inner diameter of the liquid inlet 12 of the capillary 1 is usually 400 to 800 μm, preferably 500 to 700 μm, and the inner diameter of the liquid outlet 11 is usually 0.06 to 0.6 μm, preferably 0.06 to 0.3 μm. .
キャピラリー1は、レーザ光が透過可能な材料から構成されている。レーザ光が透過可能な材料としては、例えば、ガラス、石英等が挙げられ、これらのうち1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 The capillary 1 is made of a material that can transmit laser light. Examples of the material that can transmit laser light include glass and quartz. One of these materials can be used alone, or two or more of them can be used in combination.
キャピラリー1としては、核酸等の物質を細胞に注入するマイクロインジェクション法で一般的に使用されるマイクロキャピラリー又はマイクロピペットを使用することができる。キャピラリー1がガラスで構成される場合、1段引き、2段引き等の公知の方法を使用してガラス管からキャピラリー1を作製することができる。 As the capillary 1, a microcapillary or a micropipette generally used in a microinjection method in which a substance such as a nucleic acid is injected into a cell can be used. When the capillary 1 is made of glass, the capillary 1 can be produced from a glass tube using a known method such as one-step drawing or two-step drawing.
本実施形態では、まず、キャピラリー1の液体導入口12からキャピラリー1の内部に、目的物質を含有する親水性の液体を導入する。当該液体は毛細管現象によって液体吐出口11方向に移動し、図1(b)に示すように、第一の液体層2を形成した状態でキャピラリー1の内部に保持される。 In this embodiment, first, a hydrophilic liquid containing a target substance is introduced into the capillary 1 from the liquid inlet 12 of the capillary 1. The liquid moves toward the liquid discharge port 11 by capillary action, and is held inside the capillary 1 in a state where the first liquid layer 2 is formed as shown in FIG.
親水性の液体は、水と混じり合う性質(水性)を有する液体である限り特に限定されるものではない。親水性の液体としては、例えば、水、DMSO、ポリエチレングリコール等が挙げられ、これらのうち1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。目的物質を安定した状態で含有することができ、細胞内にインジェクションされたときに細胞に悪影響を及ぼさない点から、親水性の液体としては、水を使用することが好ましい。 The hydrophilic liquid is not particularly limited as long as it is a liquid having the property of mixing with water (aqueous). Examples of the hydrophilic liquid include water, DMSO, polyethylene glycol and the like, and one of these can be used alone or two or more can be used in combination. It is preferable to use water as the hydrophilic liquid because it can contain the target substance in a stable state and does not adversely affect the cells when injected into the cells.
目的物質は、細胞内にインジェクションしようとする物質であり、細胞内へのインジェクションの目的に応じて適宜選択することができる。目的物質としては、例えば、核酸、ペプチド、タンパク質、糖、薬物等が挙げられ、これらのうち1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。目的物質は、第一の液体層2に溶解、分散等のいずれの状態で含有されていてもよい。 The target substance is a substance to be injected into the cell, and can be appropriately selected according to the purpose of the injection into the cell. Examples of the target substance include nucleic acids, peptides, proteins, sugars, drugs and the like, and one of these can be used alone or in combination of two or more. The target substance may be contained in the first liquid layer 2 in any state such as dissolution or dispersion.
なお、核酸は、DNA、RNA、これらの類似体又は誘導体(例えば、ペプチド核酸(PNA)、ホスホロチオエートDNA等)等のいずれであってもよい。また、核酸は、一本鎖又は二本鎖のいずれであってもよいし、線状又は環状のいずれであってもよい。 The nucleic acid may be any of DNA, RNA, analogs or derivatives thereof (for example, peptide nucleic acid (PNA), phosphorothioate DNA, etc.). Further, the nucleic acid may be either single-stranded or double-stranded, and may be either linear or circular.
第一の液体層2は、目的物質の他、緩衝剤、等張化剤、pH調整剤、色素等を含有していてもよい。液体吐出量を目視によりコントロールすることができる点から、第一の液体層2は色素を含有することが好ましい。色素としては、例えば、フルオレセイン;ローダミン;フィコエリスリン;Cy2,Cy3,Cy3.5,Cy5,Cy7等のCy系色素;Alexa-488,Alexa-532,Alexa-546,Alexa-633,Alexa-680等のAlexa系色素;BODIPY FL,BODIPY TR等のBODIPY系色素等の蛍光色素が挙げられ、これらのうち1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 The first liquid layer 2 may contain a buffer, an isotonic agent, a pH adjuster, a dye, and the like in addition to the target substance. The first liquid layer 2 preferably contains a dye from the viewpoint that the liquid discharge amount can be visually controlled. Examples of the dye include fluorescein; rhodamine; phycoerythrin; Cy dyes such as Cy2, Cy3, Cy3.5, Cy5, and Cy7; Alexa-488, Alexa-532, Alexa-546, Alexa-633, Alexa-680 Alexa dyes such as BODIPY FL and BODIPY dyes such as BODIPY TR, and the like, and one of these can be used alone or two or more can be used in combination.
本実施形態では、次いで、キャピラリー1の液体導入口12からキャピラリー1の内部に、レーザ光吸収剤を含有し、第一の液体層2との界面を形成可能な液体を導入する。当該液体は毛細管現象によって液体吐出口11方向に移動し、第一の液体層2との界面を形成し、図1(c)に示すように、第二の液体層3を形成した状態でキャピラリー1の内部に保持される。キャピラリー1の液体導入口12からキャピラリー1の内部に当該液体を導入する際、第一の液体層2と第二の液体層3との間に空気が混入しないように注意する。第二の液体層3の熱膨張圧が空気層により吸収されると、第二の液体3の熱膨張圧を第一の液体層2の吐出圧へ変換する際の制御が困難となるからである。 In the present embodiment, a liquid that contains a laser light absorbent and can form an interface with the first liquid layer 2 is then introduced from the liquid inlet 12 of the capillary 1 into the capillary 1. The liquid moves toward the liquid discharge port 11 by capillary action, forms an interface with the first liquid layer 2, and the capillary is formed with the second liquid layer 3 formed as shown in FIG. 1 is held inside. When introducing the liquid from the liquid inlet 12 of the capillary 1 into the capillary 1, care should be taken not to mix air between the first liquid layer 2 and the second liquid layer 3. If the thermal expansion pressure of the second liquid layer 3 is absorbed by the air layer, it becomes difficult to control the conversion of the thermal expansion pressure of the second liquid 3 into the discharge pressure of the first liquid layer 2. is there.
第一の液体層2は親水性の液体から構成されているので、第一の液体層2との界面を形成可能な液体として疎水性の液体を使用することができる。疎水性の液体は、水と混じり合わない性質(水不溶性)を有する液体である限り特に限定されるものではない。疎水性の液体としては、例えば、高級脂肪酸又はそのエステル類(例えば、オレイン酸、オレイン酸メチル、オレイン酸イソブチル、オレイン酸オクチル、オレイン酸2−エチルヘキシル、オレイン酸デシル、オレイン酸ラウリル、オレイン酸オレイル、リノール酸、リノール酸メチル、リノール酸エチル、リノレン酸、リノレン酸メチル、パルミチン酸、パルミチン酸イソプロピル、パルミチン酸2−エチルヘキシル、ステアリン酸、ステアリン酸ブチル、ステアリン酸2−エチルヘキシル、ステアリン酸イソトリデシル、ラウリン酸、ラウリン酸メチル、2−エチルヘキサン酸セチル、エルカ酸オクチルドデシル、カプリン酸メチル、ヤシ油脂肪酸メチル、牛脂脂肪酸メチル、パーム油脂肪酸メチル等)、脂肪族又は芳香族多塩基酸エステル類(例えば、アジピン酸ジオレイル、アジピン酸ジイソブチル、アジピン酸ジイソデシル等の脂肪族ジカルボン酸のジアルキルエステル;フタル酸ジデシル、フタル酸ジトリデシル、フタル酸ジ2−エチルヘキシル、フタル酸シクロヘキシル2−エチルヘキシル等の芳香族ジカルボン酸のジアルキルエステル;トリメリツト酸トリ2−エチルヘキシル、トリメリツト酸トリエチル、トリメリツト酸トリn−ブチル、トリメリツト酸トリイソデシル等の芳香族ポリカルボン酸のポリアルキルエステル)、グリセリン脂肪酸エステル類(例えば、オレイン酸モノグリセリド、オレイン酸ジグリセリド、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンモノラウレート、カプリン酸モノグリセリド、カプリン酸ジグリセリド、ジアセチルカプリン酸グリセリド、ジアセチルヤシ油脂肪酸グリセリド等)、エポキシ化脂肪酸エステル類(例えば、エポキシ化脂肪酸ブチル、エポキシ化脂肪酸オクチル等)等の油性液体が挙げられ、これらのうち1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。上記油性液体のうち、常温で液体であり、沸点が100℃以上であり、毒性がなく、無臭で気化しにくいものを使用することが好ましく、このような油性液体としては、例えば、オレイン酸、オレイン酸メチル、リノール酸、リノール酸メチル、リノレン酸等が挙げられる。疎水性の液体としては、液体金属を使用してもよいが、非金属系液体を使用することが好ましい。疎水性の液体としては、上記油性液体の他、ミネラルオイル、流動パラフィン等を使用することができる。 Since the first liquid layer 2 is composed of a hydrophilic liquid, a hydrophobic liquid can be used as a liquid that can form an interface with the first liquid layer 2. The hydrophobic liquid is not particularly limited as long as it is a liquid that does not mix with water (water-insoluble). Examples of the hydrophobic liquid include higher fatty acids or esters thereof (for example, oleic acid, methyl oleate, isobutyl oleate, octyl oleate, 2-ethylhexyl oleate, decyl oleate, lauryl oleate, oleyl oleate). Linoleic acid, methyl linoleate, ethyl linoleate, linolenic acid, methyl linolenate, palmitic acid, isopropyl palmitate, 2-ethylhexyl palmitate, stearic acid, butyl stearate, 2-ethylhexyl stearate, isotridecyl stearate, lauric acid Acid, methyl laurate, cetyl 2-ethylhexanoate, octyldodecyl erucate, methyl caprate, coconut oil fatty acid methyl, beef tallow fatty acid methyl, palm oil fatty acid methyl, etc.), aliphatic or aromatic polybasic acid ester Dialkyl esters of aliphatic dicarboxylic acids such as dioleyl adipate, diisobutyl adipate, diisodecyl adipate; aromatics such as didecyl phthalate, ditridecyl phthalate, di-2-ethylhexyl phthalate, cyclohexyl 2-ethylhexyl phthalate, etc. Dialkyl esters of aromatic dicarboxylic acids; polyalkyl esters of aromatic polycarboxylic acids such as tri-2-ethylhexyl trimellitic acid, triethyl trimellitic acid, tri-n-butyl trimellitate, triisodecyl trimellitic acid), glycerin fatty acid esters (eg, oleic acid) Monoglyceride, oleic acid diglyceride, sorbitan monooleate, sorbitan monolaurate, capric acid monoglyceride, capric acid diglyceride, diacetyl capric acid glycerin Oily liquids such as Lido, diacetyl palm oil fatty acid glycerides), epoxidized fatty acid esters (eg, epoxidized fatty acid butyl, epoxidized fatty acid octyl, etc.), and one of these is used alone or two or more Can be used in combination. Among the oily liquids, it is preferable to use a liquid that is liquid at room temperature, has a boiling point of 100 ° C. or higher, is non-toxic, odorless, and hardly vaporized. Examples of such oily liquid include oleic acid, Examples include methyl oleate, linoleic acid, methyl linoleate, and linolenic acid. As the hydrophobic liquid, a liquid metal may be used, but a non-metallic liquid is preferably used. As the hydrophobic liquid, mineral oil, liquid paraffin, and the like can be used in addition to the oily liquid.
レーザ光吸収剤は、レーザ光を吸収して発熱することができる物質である限り特に限定されるものではない。レーザ光吸収剤としては、例えば、アセチレンブラック、チャネルブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラック;Fe3O4、FeO・Fe2O3等の黒色酸化鉄;二酸化チタンを還元して得られるチタンブラック等の黒色系化合物が挙げられ、これらのうち1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。これらの黒色系化合物は、150〜11000nmの波長のレーザ光を吸収して発熱することができる。レーザ光吸収剤は、第二の液体層3に溶解、分散等のいずれの状態で含有されていてもよい。 The laser light absorber is not particularly limited as long as it is a substance that can generate heat by absorbing laser light. Examples of the laser light absorber include carbon blacks such as acetylene black, channel black, and furnace black; black iron oxides such as Fe 3 O 4 and FeO · Fe 2 O 3 ; titanium black obtained by reducing titanium dioxide, etc. The black type compound of these is mentioned, Among these, 1 type can be used individually or in combination of 2 or more types. These black compounds can generate heat by absorbing laser light having a wavelength of 150 to 11000 nm. The laser light absorber may be contained in the second liquid layer 3 in any state such as dissolution or dispersion.
本実施形態では、次いで、キャピラリー1の液体導入口12からキャピラリー1の内部に、硬化可能な液体樹脂を導入する。当該液体樹脂は毛細管現象によって液体吐出口11方向に移動し、第二の液体層3と界面を形成し、図1(d)に示すように、液体樹脂層4を形成した状態でキャピラリー1の内部に保持される。キャピラリー1の液体導入口12からキャピラリー1の内部に当該液体樹脂を導入する際、第二の液体層3と液体樹脂層4との間に空気が混入しないように注意する。第二の液体層3の熱膨張圧が空気層により吸収されると、第二の液体3の熱膨張圧を第一の液体層2の吐出圧へ変換する際の制御が困難となるからである。 In this embodiment, a curable liquid resin is then introduced into the capillary 1 from the liquid inlet 12 of the capillary 1. The liquid resin moves in the direction of the liquid discharge port 11 by capillary action, forms an interface with the second liquid layer 3, and forms the liquid resin layer 4 as shown in FIG. Retained inside. When introducing the liquid resin into the capillary 1 from the liquid inlet 12 of the capillary 1, care should be taken not to mix air between the second liquid layer 3 and the liquid resin layer 4. If the thermal expansion pressure of the second liquid layer 3 is absorbed by the air layer, it becomes difficult to control the conversion of the thermal expansion pressure of the second liquid 3 into the discharge pressure of the first liquid layer 2. is there.
硬化可能な液体樹脂としては、例えば、活性エネルギー線硬化性樹脂からなる液体樹脂を使用することができる。活性エネルギー線としては、例えば、紫外線、電子線、放射線等が挙げられ、活性エネルギー線硬化性樹脂としては、例えば、活性エネルギーの照射により重合する性質を有するプレポリマー及び/又はモノマーに、必要に応じて、他の単官能性又は多官能性モノマー、各種ポリマー、光重合開始剤、増感剤、帯電防止剤等を配合した樹脂組成物等が挙げられる。活性エネルギーの照射により重合する性質を有するプレポリマーとしては、例えば、ポリエステルポリ(メタ)アクリレート、ウレタンポリ(メタ)アクリレート、エポキシポリ(メタ)アクリレート、ポリオールポリ(メタ)アクリレート等の多価(メタ)アクリレートが挙げられ、活性エネルギーの照射により重合する性質を有するモノマーとしては、例えば、モノアルコールのモノ(メタ)アクリル酸エステル、ポリオールのモノ(メタ)アクリル酸エステル等のモノ(メタ)アクリレートが挙げられる。光開始剤としては、例えば、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインエーテル、ベンジルケタール類、チオキサントン類等が挙げられ、増感剤としては、例えば、アミン類、ジエチルアミノエチルメタクリレート等が挙げられる。 As the curable liquid resin, for example, a liquid resin made of an active energy ray curable resin can be used. Examples of the active energy rays include ultraviolet rays, electron beams, radiations, and the like, and the active energy ray curable resins include, for example, prepolymers and / or monomers having a property of being polymerized by irradiation with active energy. Correspondingly, there may be mentioned resin compositions containing other monofunctional or polyfunctional monomers, various polymers, photopolymerization initiators, sensitizers, antistatic agents and the like. Examples of the prepolymer having the property of being polymerized by irradiation with active energy include polyvalent (meth) polyesters such as polyester poly (meth) acrylate, urethane poly (meth) acrylate, epoxy poly (meth) acrylate, and polyol poly (meth) acrylate. Examples of the monomer having a property of being polymerized by irradiation of active energy include mono (meth) acrylates such as mono (meth) acrylates of monoalcohols and mono (meth) acrylates of polyols. Can be mentioned. Examples of the photoinitiator include acetophenones, benzophenones, Michler's ketone, benzyl, benzoin, benzoin ether, benzyl ketals, thioxanthones, and the like. Examples of the sensitizer include amines, diethylaminoethyl methacrylate, and the like. Can be mentioned.
硬化可能な液体樹脂としては、熱硬化性樹脂からなる液体樹脂を使用してもよい。但し、熱硬化性樹脂を硬化させる際、熱硬化性樹脂に加えられた熱が第二の液体層3に伝わり、第二の液体層3の膨張圧が発生するおそれがあるため、活性エネルギー線硬化性樹脂からなる液体樹脂を使用することが好ましい。 As the curable liquid resin, a liquid resin made of a thermosetting resin may be used. However, when the thermosetting resin is cured, the heat applied to the thermosetting resin is transmitted to the second liquid layer 3 and an expansion pressure of the second liquid layer 3 may be generated. It is preferable to use a liquid resin made of a curable resin.
硬化可能な液体樹脂としては、硬化の際に生じる体積変化(体積減少)が小さい液体樹脂を使用することが好ましい。硬化の際に生じる体積減少が大きいと、第一の液体層2又は第二の液体層3の液体に気泡が生じるおそれがあるからである。 As the curable liquid resin, it is preferable to use a liquid resin having a small volume change (volume reduction) generated during curing. This is because if the volume reduction generated during the curing is large, bubbles may be generated in the liquid of the first liquid layer 2 or the second liquid layer 3.
本実施形態では、次いで、液体樹脂層4を硬化させ、図1(d)に示すように、密閉部5を形成する。 In this embodiment, the liquid resin layer 4 is then cured to form the sealed portion 5 as shown in FIG.
密閉部5は、キャピラリー1に強固に固定されており、第二の液体層3が熱膨張しても、第二の液体層3の密閉部5方向への動きは防止されるようになっている。 The sealing part 5 is firmly fixed to the capillary 1 and the movement of the second liquid layer 3 in the direction of the sealing part 5 is prevented even if the second liquid layer 3 is thermally expanded. Yes.
図1(d)に示すように、第二の液体層3の一方の液面は第一の液体層2と接触し、液体吐出口11を通じた第二の液体層3と外気との接触は防止されている。また、図1(d)に示すように、第二の液体層3の他方の液面は密閉部5と接触し、液体導入口12を通じた第二の液体層3と外気との接触は防止されている。したがって、第二の液体層3は、第一の液体層2と密閉部5との間に挟まれ、キャピラリー1の内部に密閉された状態で保持されている。 As shown in FIG. 1 (d), one liquid surface of the second liquid layer 3 is in contact with the first liquid layer 2, and the contact between the second liquid layer 3 and the outside air through the liquid discharge port 11 is as follows. It is prevented. In addition, as shown in FIG. 1D, the other liquid surface of the second liquid layer 3 is in contact with the sealing portion 5, and contact between the second liquid layer 3 and the outside air through the liquid inlet 12 is prevented. Has been. Therefore, the second liquid layer 3 is sandwiched between the first liquid layer 2 and the sealed portion 5 and is held in a sealed state inside the capillary 1.
キャピラリー1の液体導入口12からキャピラリー1の内部に液体を導入する際、図2に示すように、液体導入口12からキャピラリー1内に挿入可能なチップ100を取り付けたシリンジ200を使用することができる。液体導入口12からキャピラリー1内に挿入可能なチップ100としては、例えば、プラスチック製チップの先端部を引き伸ばして細くしたものを使用することができる。また、市販品(例えばマイクロローダー(エッペンドルフ社製))を使用することもできる。 When a liquid is introduced into the inside of the capillary 1 from the liquid inlet 12 of the capillary 1, as shown in FIG. 2, it is possible to use a syringe 200 to which a chip 100 that can be inserted into the capillary 1 from the liquid inlet 12 is attached. it can. As the chip 100 that can be inserted into the capillary 1 from the liquid inlet 12, for example, a plastic chip whose tip is stretched and thinned can be used. Moreover, a commercial item (for example, microloader (made by Eppendorf)) can also be used.
本実施形態では、次いで、図3に示すように、キャピラリー1の液体吐出口11を細胞C内に挿入した状態で、キャピラリー1の内部に保持された第二の液体層3にレーザ光を照射する。 In the present embodiment, next, as shown in FIG. 3, the second liquid layer 3 held inside the capillary 1 is irradiated with laser light with the liquid discharge port 11 of the capillary 1 inserted into the cell C. To do.
キャピラリー1の液体吐出口11の細胞C内への挿入は、例えば、顕微鏡で観察しながら顕微鏡ステージ上で行うことができる。 The insertion of the liquid discharge port 11 of the capillary 1 into the cell C can be performed on a microscope stage while observing with a microscope, for example.
第二の液体層3に照射されるレーザ光の波長は、第二の液体層3に含有されるレーザ光吸収剤が吸収可能な波長であり、通常150〜11000nmである。 The wavelength of the laser light applied to the second liquid layer 3 is a wavelength that can be absorbed by the laser light absorbent contained in the second liquid layer 3, and is usually 150 to 11000 nm.
第二の液体層3にレーザ光が照射されると、第二の液体層3に含有されるレーザ光吸収剤がレーザ光を吸収して発熱し、第二の液体層3は加熱されて熱膨張する。第二の液体層3は第一の液体層2と密閉部5との間に挟まれ、キャピラリー1の内部に密閉された状態で保持されているので、第二の液体層3の熱膨張により熱膨張圧が発生する。密閉部5により第二の液体層3の密閉部5方向への動きは防止されるので、第二の液体層3の熱膨張圧は第一の液体層2の吐出圧に変換され、第一の液体層2の液体はキャピラリー1の液体吐出口11から細胞C内に吐出される。こうして、目的物質は細胞C内にインジェクションされる。1つの細胞C内への液体吐出量は通常0.01〜100fL(fL=1μm3)、好ましくは0.01〜10fLである。 When the second liquid layer 3 is irradiated with laser light, the laser light absorbent contained in the second liquid layer 3 absorbs the laser light and generates heat, and the second liquid layer 3 is heated and heated. Inflate. Since the second liquid layer 3 is sandwiched between the first liquid layer 2 and the sealed portion 5 and is held in a sealed state inside the capillary 1, the second liquid layer 3 is thermally expanded. Thermal expansion pressure is generated. Since the movement of the second liquid layer 3 in the direction of the sealing portion 5 is prevented by the sealing portion 5, the thermal expansion pressure of the second liquid layer 3 is converted into the discharge pressure of the first liquid layer 2, and the first The liquid in the liquid layer 2 is discharged into the cell C from the liquid discharge port 11 of the capillary 1. Thus, the target substance is injected into the cell C. The amount of liquid discharged into one cell C is usually 0.01 to 100 fL (fL = 1 μm 3 ), preferably 0.01 to 10 fL.
レーザ光はキャピラリー1を透過して第二の液体層3に照射されるが、レーザ光の透過によりキャピラリー1が熱膨張することはないので、第二の液体層3の熱膨張圧は第一の液体層2の吐出圧に迅速かつ効率よく変換され、第二の液体層3の体積膨張量とほぼ等しい量の液体がレスポンスよく吐出される。 The laser light passes through the capillary 1 and is applied to the second liquid layer 3. However, since the capillary 1 does not thermally expand due to the transmission of the laser light, the thermal expansion pressure of the second liquid layer 3 is the first. The liquid layer 2 is quickly and efficiently converted to the discharge pressure of the liquid layer 2, and an amount of liquid substantially equal to the volume expansion amount of the second liquid layer 3 is discharged with good response.
第二の液体層3の温度が1℃上昇したときに発生する熱膨張圧(MPa/℃)は、次式:熱膨張圧(MPa/℃)=熱膨張率(m3/℃)/圧縮率(m3/MPa)により算出される。第二の液体層3の温度が1℃上昇したときに発生する熱膨張圧は、好ましくは0.1〜10MPa/℃、さらに好ましくは1〜10MPa/℃である。第二の液体層3の温度が1℃上昇したときに発生する熱膨張圧が上記範囲にあると、十分に大きな第一の液体層2の吐出圧を得ることができる。第二の液体層3を構成する液体としてオレイン酸を使用する場合、温度が1℃上昇したときに発生する熱膨張圧は約1MPa/℃である。 The thermal expansion pressure (MPa / ° C.) generated when the temperature of the second liquid layer 3 rises by 1 ° C. is expressed by the following formula: thermal expansion pressure (MPa / ° C.) = Thermal expansion coefficient (m 3 / ° C.) / Compression Calculated by the rate (m 3 / MPa). The thermal expansion pressure generated when the temperature of the second liquid layer 3 rises by 1 ° C. is preferably 0.1 to 10 MPa / ° C., more preferably 1 to 10 MPa / ° C. When the thermal expansion pressure generated when the temperature of the second liquid layer 3 rises by 1 ° C. is in the above range, a sufficiently large discharge pressure of the first liquid layer 2 can be obtained. When oleic acid is used as the liquid constituting the second liquid layer 3, the thermal expansion pressure generated when the temperature rises by 1 ° C. is about 1 MPa / ° C.
第二の液体層3の温度上昇は、レーザ光の出力を調節することにより制御することができ、第二の液体層3の温度上昇を制御することにより、液体吐出量(目的物質のインジェクション量)を制御することができる。レーザから高出力のレーザ光を発生させ、これを第二の液体層3に照射することにより、第二の液体層3の温度を迅速に上昇させることができる。 The temperature rise of the second liquid layer 3 can be controlled by adjusting the output of the laser beam, and by controlling the temperature rise of the second liquid layer 3, the liquid discharge amount (the injection amount of the target substance) ) Can be controlled. By generating a high-power laser beam from the laser and irradiating the laser beam on the second liquid layer 3, the temperature of the second liquid layer 3 can be quickly raised.
第一の液体層2に蛍光色素が含有されている場合には、蛍光顕微鏡で観察することにより、液体吐出量を目視により制御することができる。 When the first liquid layer 2 contains a fluorescent dye, the liquid discharge amount can be visually controlled by observing with a fluorescent microscope.
レーザ光を照射する際、熱風を吹き付ける場合のようにキャピラリー1に振動が生じることはなく、顕微鏡ステージ上の狭い空間においても精密な作業を行うことができる。 When irradiating the laser beam, the capillary 1 is not vibrated unlike when hot air is blown, and a precise operation can be performed even in a narrow space on the microscope stage.
細胞Cが由来する生物種は特に限定されるものではなく、動物、植物、微生物等のいずれであってもよい。また、細胞Cの種類は特に限定されるものではなく、体細胞、生殖細胞、幹細胞又はこれらの培養細胞等のいずれであってもよい。 The biological species from which the cell C is derived is not particularly limited, and may be any animal, plant, microorganism, or the like. The type of cell C is not particularly limited, and may be any of somatic cells, germ cells, stem cells, or cultured cells thereof.
1つの細胞C内に目的物質をインジェクションすると、第一の液体層2の液量は減少するが、レーザ光の出力を調節して第二の液体層3の温度上昇を制御することにより、十分に大きな第一の液体層2の吐出圧を得ることができるので、第一の液体層2の液量が減少しても第一の液体層2の液体を吐出させることができる。したがって、図1(e)に示すキャピラリー1は、複数の細胞C内への目的物質のインジェクションに繰り返し使用することができる。 When the target substance is injected into one cell C, the amount of the liquid in the first liquid layer 2 decreases. However, by adjusting the output of the laser light and controlling the temperature rise in the second liquid layer 3, it is sufficient Therefore, even when the liquid amount of the first liquid layer 2 is reduced, the liquid of the first liquid layer 2 can be discharged. Therefore, the capillary 1 shown in FIG. 1 (e) can be repeatedly used for injection of the target substance into the plurality of cells C.
第二の液体層3にレーザ光を照射する際、図4及び5に示すレーザ光照射装置6を使用することができる。 When irradiating the second liquid layer 3 with laser light, the laser light irradiation device 6 shown in FIGS. 4 and 5 can be used.
図4及び5に示すように、レーザ光照射装置6は、キャピラリーホルダー7と、一端がキャピラリーホルダー7に装着された光ファイバー8と、光ファイバー8の他端に接続されたレーザ9と、レーザ9から発せられるレーザ光の出力をコントロールするコントローラ10とを備える。 As shown in FIGS. 4 and 5, the laser beam irradiation device 6 includes a capillary holder 7, an optical fiber 8 having one end attached to the capillary holder 7, a laser 9 connected to the other end of the optical fiber 8, And a controller 10 for controlling the output of the emitted laser light.
図4、5及び6に示すように、キャピラリーホルダー7は、本体部71と、キャピラリー保持部材72と、ネジ74及び75によって本体部71及びキャピラリー保持部材72に取り付けられた板バネ73と、本体部71に取り付けられた把持部76とを備える。 As shown in FIGS. 4, 5 and 6, the capillary holder 7 includes a main body 71, a capillary holding member 72, a plate spring 73 attached to the main body 71 and the capillary holding member 72 by screws 74 and 75, and a main body. A gripping portion 76 attached to the portion 71.
図4、5及び6に示すように、本体部71は、光ファイバー装着部711と、光ファイバー装着部711に装着された光ファイバー8から発せられるレーザ光を案内する光通路712と、光ファイバー装着部711に装着された光ファイバー8から発せられるレーザ光の照射範囲を拡大するレンズ713と、キャピラリー1の液体導入口12側の部分を挿入可能な挿入孔714とを備える。 As shown in FIGS. 4, 5, and 6, the main body 71 includes an optical fiber mounting unit 711, an optical path 712 for guiding laser light emitted from the optical fiber 8 mounted on the optical fiber mounting unit 711, and an optical fiber mounting unit 711. The lens 713 which expands the irradiation range of the laser beam emitted from the mounted optical fiber 8 and the insertion hole 714 into which the part on the liquid inlet 12 side of the capillary 1 can be inserted are provided.
図4及び6に示すように、キャピラリー保持部材72は板バネ73の付勢力によって光通路712の方向に付勢されており、キャピラリーホルダー7にキャピラリー1が保持されていない状態において、キャピラリー保持部材72は本体部71に当接している。キャピラリーホルダー7にキャピラリー1を保持させる際、キャピラリー保持部材72に板バネ73の付勢力と逆方向の力を加え、本体部71に当接しているキャピラリー保持部材72を本体部71から引き離し、キャピラリー1の液体導入口12側の部分を本体部71の挿入孔714に挿入し、キャピラリー保持部材72に加えている力(板バネ73の付勢力と逆方向の力)を解除する。そうすると、図5に示すように、キャピラリー1は、板バネ73の付勢力によって本体部71とキャピラリー保持部材72との間に挟まれた状態で保持される。なお、図5に示すように、キャピラリー1は、液体吐出口11側の部分がキャピラリーホルダー7から突出するように、キャピラリーホルダー7に保持される。 As shown in FIGS. 4 and 6, the capillary holding member 72 is urged in the direction of the optical path 712 by the urging force of the leaf spring 73, and the capillary holding member 72 is not held in the capillary holder 7. 72 abuts on the main body 71. When holding the capillary 1 in the capillary holder 7, a force in the direction opposite to the urging force of the leaf spring 73 is applied to the capillary holding member 72, and the capillary holding member 72 that is in contact with the main body portion 71 is pulled away from the main body portion 71. 1 is inserted into the insertion hole 714 of the main body 71, and the force applied to the capillary holding member 72 (force opposite to the urging force of the leaf spring 73) is released. Then, as shown in FIG. 5, the capillary 1 is held in a state of being sandwiched between the main body 71 and the capillary holding member 72 by the biasing force of the leaf spring 73. As shown in FIG. 5, the capillary 1 is held by the capillary holder 7 so that the portion on the liquid discharge port 11 side protrudes from the capillary holder 7.
キャピラリーホルダー7に保持されたキャピラリー1の液体吐出口11を細胞5内へ挿入する等の作業は、キャピラリーホルダー7の把持部76を持って行うことができる。 Operations such as inserting the liquid discharge port 11 of the capillary 1 held in the capillary holder 7 into the cell 5 can be performed with the gripping portion 76 of the capillary holder 7.
コントローラ10によって出力がコントロールされたレーザ光がレーザ9から発せられると、レーザ光は光ファイバー8を通じてキャピラリーホルダー7に送られる。キャピラリーホルダー7に送られたレーザ光は、レンズ713を通過した後、光通路712によって案内され、本体部71とキャピラリー保持部材72との間に保持されるキャピラリー1の外壁面のうち目的の領域(すなわち第二の液体層3と接触する壁部の外壁面)に照射される。キャピラリーホルダー7に送られたレーザ光がレンズ713を通過すると、レーザ光の照射範囲は拡大され、レーザ光は目的の領域全体にわたって照射されるので、キャピラリー1の内部に保持された第二の液体層3を効率よく加熱することができる。 When the laser light whose output is controlled by the controller 10 is emitted from the laser 9, the laser light is sent to the capillary holder 7 through the optical fiber 8. The laser beam sent to the capillary holder 7 passes through the lens 713 and is guided by the optical path 712 to be a target region on the outer wall surface of the capillary 1 held between the main body 71 and the capillary holding member 72. (That is, the outer wall surface of the wall portion in contact with the second liquid layer 3) is irradiated. When the laser beam sent to the capillary holder 7 passes through the lens 713, the irradiation range of the laser beam is expanded, and the laser beam is irradiated over the entire target region, so that the second liquid held inside the capillary 1 The layer 3 can be heated efficiently.
図5に示すように、光通路712によって案内されたレーザ光は、キャピラリー1内の第一の液体層2に照射されないようになっているので、第一の液体層2に含有される目的物質の破壊を防止することができる。また、図4及び5に示すように、光通路712は壁部で囲まれており、光通路712で案内されたレーザ光はキャピラリーホルダー7から漏れないようになっているので、レーザ光の人体への悪影響を防止することができる。 As shown in FIG. 5, the laser light guided by the optical path 712 is not irradiated to the first liquid layer 2 in the capillary 1, so the target substance contained in the first liquid layer 2 Can be prevented. As shown in FIGS. 4 and 5, the optical path 712 is surrounded by a wall portion, and the laser light guided by the optical path 712 is prevented from leaking from the capillary holder 7. Can prevent adverse effects.
レーザ9のレーザ媒質としては、例えば、CO2、エキシマ、希ガス等のガス;YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶)、ルビー、半導体等の固体等が挙げられるが、YAGが好ましい。YAGレーザによって発せられるレーザ光の波長は1064nmの近赤外線であり、この波長域のレーザ光は、集光性が高く、石英光ファイバーによる伝送が可能である。また、YAGレーザは数100W〜1kWの出力で高繰り返しパルス、Qスイッチパルス、連続発振が可能である。 Examples of the laser medium of the laser 9 include gases such as CO 2 , excimer, and rare gases; solids such as YAG (yttrium / aluminum / garnet single crystal), ruby, and semiconductor, and YAG is preferable. The wavelength of the laser light emitted by the YAG laser is 1064 nm near infrared, and the laser light in this wavelength region has a high light collecting property and can be transmitted by a quartz optical fiber. The YAG laser can generate a high repetition pulse, a Q switch pulse, and continuous oscillation with an output of several hundred W to 1 kW.
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 The embodiment described above is described for facilitating understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
本発明の液体吐出法は、微量(通常0.01〜100fL、好ましくは0.01〜10fL)の液体を吐出する際に有用であり、目的物質の細胞内へのインジェクション以外の種々の目的で使用することができる。 The liquid discharge method of the present invention is useful when discharging a small amount (usually 0.01 to 100 fL, preferably 0.01 to 10 fL) of liquid, and for various purposes other than the injection of a target substance into cells. Can be used.
本実施形態では、第二の液体層3は一層からなるが、第二の液体層3は複数層からなっていてもよい。第二の液体層3が複数層からなる場合、レーザ光吸収剤はいずれの層に含有されていてもよいが、レーザ光吸収剤は疎水性の液体(特に油性液体)で構成される層に含有されていることが好ましい。レーザ光吸収剤が疎水性の液体(特に油性液体)で構成される層に含有されている場合、十分に大きな熱膨張圧を得ることができる。第二の液体層3が複数層からなる場合、接触し合う2層は界面を形成可能な2種類の液体(例えば、親水性の液体と疎水性の液体)で構成することができる。 In the present embodiment, the second liquid layer 3 is composed of a single layer, but the second liquid layer 3 may be composed of a plurality of layers. When the second liquid layer 3 is composed of a plurality of layers, the laser light absorbent may be contained in any layer, but the laser light absorbent is contained in a layer composed of a hydrophobic liquid (particularly an oily liquid). It is preferably contained. When the laser light absorber is contained in a layer composed of a hydrophobic liquid (particularly an oily liquid), a sufficiently large thermal expansion pressure can be obtained. When the second liquid layer 3 is composed of a plurality of layers, the two layers in contact with each other can be composed of two types of liquids (for example, a hydrophilic liquid and a hydrophobic liquid) that can form an interface.
本実施形態では、吐出対象液体が親水性の液体であるので第一の液体層2を構成する液体として親水性の液体を使用したが、吐出対象液体が疎水性の液体である場合には、第一の液体層2を構成する液体として疎水性の液体を使用する。 In the present embodiment, since the discharge target liquid is a hydrophilic liquid, the hydrophilic liquid is used as the liquid constituting the first liquid layer 2, but when the discharge target liquid is a hydrophobic liquid, A hydrophobic liquid is used as the liquid constituting the first liquid layer 2.
本実施形態では、硬化可能な液体樹脂を硬化させて密閉部5を形成したが、キャップ等の密閉部材をキャピラリー1の液体導入口12に装着することにより、密閉部5を形成してもよい。但し、この場合、第二の液体層3の熱膨張圧が加えられても離脱しないように、密閉部材を液体導入口12に強固に装着する必要がある。密閉部材は、例えば、接着剤により液体導入口12に強固に接着することができる。 In the present embodiment, the sealing portion 5 is formed by curing a curable liquid resin. However, the sealing portion 5 may be formed by attaching a sealing member such as a cap to the liquid inlet 12 of the capillary 1. . However, in this case, it is necessary to firmly attach the sealing member to the liquid inlet 12 so that the second liquid layer 3 is not detached even when the thermal expansion pressure of the second liquid layer 3 is applied. The sealing member can be firmly bonded to the liquid inlet 12 with an adhesive, for example.
〔実施例1〕高等植物トレニアの生殖細胞群へのインジェクション
(1)従来法によるインジェクション
ガラス管(内径:約600μm)を2段引きし、一端に液体吐出口(内径:約0.7μm)を有し、他端に液体導入口(内径:約600μm)を有するキャピラリーを作製した。このキャピラリーの先端部(液体吐出口側の部分)は針状となっており、その外径は約1.2μmである。液体導入口からキャピラリーの内部に、7kbpのプラスミド及び蛍光色素Alexaを含有する水溶液(液体サンプル)、及びシリコンオイルを順次導入した後、キャピラリーの液体導入口側の部分をホルダー(NARISHIGE製,商品名:HI−7)に差し込み、ねじ式押えでキャピラリーをホルダーに固定した。ホルダーは中空であり、キャピラリーの差込口と反対側にテフロン(登録商標)チューブの一端が接続されており、テフロン(登録商標)チューブの他端にシリンジ(NARISHIGE製,商品名:IM-26-2)が接続されている。シリンジを押し込むと、それにより生じた圧力がテフロン(登録商標)チューブ、ホルダー及びキャピラリーの内部を満たしているシリコンオイルを圧力媒体として伝わり、キャピラリーの先端部から液体が吐出される。このようなシリンジを用いた油圧式インジェクション法により高等植物トレニアの生殖細群胞へのインジェクションを試みた。この際、蛍光顕微鏡の緑色励起光により蛍光色素Alexaの赤色蛍光を観察し、目視により液体吐出量をコントロールした。
[Example 1] Injection into a germ cell group of higher plant torenia (1) Injection by a conventional method A glass tube (inner diameter: about 600 μm) is drawn in two stages, and a liquid discharge port (inner diameter: about 0.7 μm) is provided at one end. And a capillary having a liquid inlet (inner diameter: about 600 μm) at the other end. The tip of this capillary (the part on the liquid discharge port side) has a needle shape, and its outer diameter is about 1.2 μm. After sequentially introducing an aqueous solution (liquid sample) containing 7kbp plasmid and fluorescent dye Alexa and silicon oil from the liquid inlet into the capillary, the part on the liquid inlet side of the capillary is a holder (NARISHIGE, product name : HI-7), and the capillary was fixed to the holder with a screw type presser foot. The holder is hollow, and one end of a Teflon (registered trademark) tube is connected to the opposite side of the capillary inlet, and a syringe (NARISHIGE, product name: IM-26) is connected to the other end of the Teflon (registered trademark) tube. -2) is connected. When the syringe is pushed in, the pressure generated thereby is transmitted as a pressure medium using silicone oil filling the inside of the Teflon (registered trademark) tube, the holder and the capillary, and the liquid is discharged from the tip of the capillary. We tried to inject the higher plant Torenia into the reproductive subgroup by the hydraulic injection method using such a syringe. At this time, red fluorescence of the fluorescent dye Alexa was observed with green excitation light of a fluorescence microscope, and the liquid discharge amount was controlled by visual observation.
卵細胞の隣にある中央細胞にインジェクションした様子を図8(a)に示す。中央細胞は比較的大きな細胞であるが、それでも細胞が変形しておりダメージが見られた。また、液体吐出量のコントロールが難しく、過剰量をインジェクションしてしまうことが多かった。また、培地にも液体サンプルが漏出していた。なお、小さい輝点は葉緑体の自家蛍光である。 FIG. 8 (a) shows the state of injection into the central cell next to the egg cell. The central cell was a relatively large cell, but it was still deformed and damaged. Further, it is difficult to control the liquid discharge amount, and an excessive amount is often injected. Moreover, the liquid sample also leaked to the culture medium. The small bright spot is the autofluorescence of the chloroplast.
精密なインジェクションを行うためには、キャピラリーの先端部の外径をより小さくする必要があったが、キャピラリーの先端部の外径をより小さくすると、液体サンプルの吐出が不可能であった。 In order to perform precise injection, it was necessary to make the outer diameter of the tip of the capillary smaller, but if the outer diameter of the tip of the capillary was made smaller, it was impossible to discharge the liquid sample.
(2)本発明の方法によるインジェクション
ガラス管(内径:約600μm)の1段引きにより、一端に液体吐出口(内径:約0.06μm)を有し、他端に液体導入口(内径:約600μm)を有するキャピラリーを作製した。このキャピラリーの先端部(液体吐出口側の部分)は針状となっており、その外径は約0.1μmである。液体導入口からキャピラリーの内部に、7kbpのプラスミド及び蛍光色素Alexaを含有する水溶液(液体サンプル)、カーボンブラックを含有するオレイン酸、並びに紫外線硬化性樹脂(TESK(株)製,A−1428F)からなる液体樹脂を順に導入した後、紫外線を照射して液体樹脂を硬化させた。キャピラリーの内部に各種液体を導入する際、空気が混入しないように注意した。
(2) Injection by the method of the present invention One-stage drawing of a glass tube (inner diameter: about 600 μm) has a liquid discharge port (inner diameter: about 0.06 μm) at one end and a liquid introduction port (inner diameter: about 0.06 μm) at the other end. A capillary having 600 μm) was produced. The tip of this capillary (the part on the liquid discharge port side) has a needle shape, and its outer diameter is about 0.1 μm. From the liquid inlet to the inside of the capillary, an aqueous solution (liquid sample) containing a 7 kbp plasmid and the fluorescent dye Alexa, oleic acid containing carbon black, and an ultraviolet curable resin (TESK Co., Ltd., A-1428F) After sequentially introducing the liquid resin, the ultraviolet light was irradiated to cure the liquid resin. When introducing various liquids into the capillary, care was taken not to mix air.
図4に示すレーザ照射装置に図5に示すようにキャピラリーを装着し、キャピラリーの液体吐出口を高等植物トレニアの生殖細胞に挿入した状態で、キャピラリーの内部に保持されたオレイン酸にYAGレーザから発せられるレーザ光(1064nm)を照射し、液体サンプルを液体吐出口から吐出させた。この際、蛍光顕微鏡の緑色励起光により蛍光色素Alexaの赤色蛍光を観察し、目視により液体吐出量をコントロールした。 As shown in FIG. 5, a capillary is attached to the laser irradiation apparatus shown in FIG. 4, and the YAG laser is applied to oleic acid held inside the capillary in a state where the capillary liquid outlet is inserted into the germ cells of higher plant torenia. The emitted laser beam (1064 nm) was irradiated, and the liquid sample was discharged from the liquid discharge port. At this time, red fluorescence of the fluorescent dye Alexa was observed with green excitation light of a fluorescence microscope, and the liquid discharge amount was controlled by visual observation.
その結果、図8(b)に示すように、キャピラリーの先端部の外径が約0.1μmであっても液体サンプルを吐出することができ、従来法よりも精密なインジェクションが可能であった。また、図8(b)に示すように、卵細胞へのインジェクションも容易に行うことができた。なお、図8(b)の右図は蛍光色素Alexaを観察した蛍光像、左図は同じ視野の明視野像を示す。 As a result, as shown in FIG. 8B, a liquid sample can be discharged even when the outer diameter of the tip of the capillary is about 0.1 μm, and more precise injection than the conventional method was possible. . Moreover, as shown in FIG.8 (b), the injection to an egg cell was also able to be performed easily. The right figure in FIG. 8B shows a fluorescent image obtained by observing the fluorescent dye Alexa, and the left figure shows a bright field image of the same field.
〔実施例2〕トレニアの極核(中央細胞の核)及び助細胞へのインジェクション
実施例1と同様に本発明の方法を用いて、液体サンプルをトレニアの極核(中央細胞の核)及び助細胞へインジェクションした。
[Example 2] Injection of Torenia's polar nucleus (central cell nucleus) and auxiliary cells Using the method of the present invention in the same manner as in Example 1, the liquid sample was mixed with the Torenia polar nucleus (central cell nucleus) and auxiliary cells. The cells were injected.
トレニアの極核へインジェクションした様子を図9(a)に示し、助細胞へインジェクションした様子を図9(b)に示す。なお、図9(a)及び(b)の上図は明視野像であり、下図は上図と同じ視野の蛍光像である。 FIG. 9A shows the state of injection into the polar core of Torenia, and FIG. 9B shows the state of injection into the helper cell. In addition, the upper figure of Fig.9 (a) and (b) is a bright field image, and the lower figure is a fluorescence image of the same visual field as the upper figure.
図9(a)及び(b)に示すように、標的となる核や、非常に破裂しやすく弱い助細胞へダメージ無く液体サンプルをインジェクションすることができた。 As shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), the liquid sample could be injected without damage to the target nuclei and very weak auxiliaries that were easily ruptured.
〔実施例3〕インジェクション効率の比較
ガラス管(内径:約600μm)の2段引きにより一端に液体吐出口(内径:約0.7μm)を有し、他端に液体導入口(内径:約600μm)を有するキャピラリーAを作製した。キャピラリーAの先端部(液体吐出口側の部分)は針状となっており、その外径は約1.2μmである。
[Example 3] Comparison of injection efficiency A two-stage drawing of a glass tube (inner diameter: about 600 μm) has a liquid discharge port (inner diameter: about 0.7 μm) at one end and a liquid introduction port (inner diameter: about 600 μm) at the other end. ) Was prepared. The tip of the capillary A (the part on the liquid discharge port side) has a needle shape, and its outer diameter is about 1.2 μm.
また、ガラス管(内径:約600μm)の1段引きにより一端に液体吐出口(内径:約0.18μm)を有し、他端に液体導入口(内径:約600μm)を有するキャピラリーBを作製した。キャピラリーBの先端部(液体吐出口側の部分)は針状となっており、その外径は約0.3μmである。 In addition, a capillary tube B having a liquid discharge port (inner diameter: about 0.18 μm) at one end and a liquid introduction port (inner diameter: about 600 μm) at the other end is produced by one-step drawing of a glass tube (inner diameter: about 600 μm). did. The tip of the capillary B (part on the liquid discharge port side) has a needle shape, and its outer diameter is about 0.3 μm.
キャピラリーA及びBを用いた油圧式インジェクション法により、液体サンプルを植物培養細胞(BY−2細胞)にインジェクションした。同じキャピラリーを使ってキャピラリーの先端部が詰まるまでインジェクションし、インジェクションできた回数を調べた。 A liquid sample was injected into a plant culture cell (BY-2 cell) by a hydraulic injection method using capillaries A and B. Using the same capillary, injection was performed until the tip of the capillary was clogged, and the number of injections was examined.
一方、キャピラリーBを用いた本発明の方法により、液体サンプルを植物培養細胞(BY−2細胞)にインジェクションした。同じキャピラリーを使ってキャピラリーの先端部が詰まるまでインジェクションし、インジェクションできた回数を調べた。 On the other hand, a liquid sample was injected into plant cultured cells (BY-2 cells) by the method of the present invention using capillary B. Using the same capillary, injection was performed until the tip of the capillary was clogged, and the number of injections was examined.
その結果、キャピラリーAを用いた油圧式インジェクション法における平均インジェクション回数は約3回、キャピラリーBを用いた油圧式インジェクション法における平均インジェクション回数は1回未満であった。これに対して、キャピラリーBを用いた本発明の方法における平均インジェクション回数は20回以上であった。 As a result, the average number of injections in the hydraulic injection method using capillary A was about 3 times, and the average number of injections in the hydraulic injection method using capillary B was less than one. In contrast, the average number of injections in the method of the present invention using capillary B was 20 or more.
本発明の方法によれば、精密なインジェクションを行うことができるだけでなく、1本のキャピラリーを繰り返し使用して効率よくインジェクションを行うことができた。 According to the method of the present invention, not only precise injection can be performed, but also one capillary can be used repeatedly to perform injection efficiently.
1・・・キャピラリー
11・・・液体吐出口
12・・・液体導入口
2・・・第一の液体層
3・・・第二の液体層
4・・・液体樹脂
5・・・密閉部
6・・・レーザ光照射装置
7・・・キャピラリーホルダー
8・・・光ファイバー
9・・・レーザ光源
10・・・コントローラ
C・・・細胞
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Capillary 11 ... Liquid discharge port 12 ... Liquid introduction port 2 ... 1st liquid layer 3 ... 2nd liquid layer 4 ... Liquid resin 5 ... Sealing part 6 ... Laser beam irradiation device 7 ... Capillary holder 8 ... Optical fiber 9 ... Laser light source 10 ... Controller C ... Cell
Claims (6)
前記第二の液体層を前記キャピラリーの内部に密閉する密閉部を形成し、
前記第二の液体層にレーザ光を照射し、
前記キャピラリーの液体吐出口から前記第一の液体層の液体を吐出させることを特徴とする液体吐出法。 A first liquid layer and a second liquid layer containing a laser light absorber are held inside a capillary having a liquid discharge port at one end so that the first liquid layer is located on the liquid discharge port side. Let
Forming a sealing portion for sealing the second liquid layer inside the capillary;
Irradiating the second liquid layer with laser light;
A liquid discharge method, wherein the liquid of the first liquid layer is discharged from a liquid discharge port of the capillary.
前記キャピラリーの液体吐出口を細胞内に挿入した状態で、前記第二の液体層にレーザ光を照射し、
前記キャピラリーの液体吐出口から前記細胞内に前記第一の液体層の液体を吐出させることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の方法。 The first liquid layer contains a target substance;
In a state where the liquid discharge port of the capillary is inserted into the cell, the second liquid layer is irradiated with laser light,
The method according to claim 1, wherein the liquid in the first liquid layer is discharged into the cell from a liquid discharge port of the capillary.
光ファイバー装着部と、
前記光ファイバー装着部に装着された光ファイバーから発せられるレーザ光が、前記キャピラリー保持部に保持されたキャピラリーの外壁面のうち目的の領域に照射されるように、前記レーザ光を案内する光通路と
を備えたことを特徴とするキャピラリーホルダー。 A capillary holder;
An optical fiber mounting section;
An optical path for guiding the laser light so that laser light emitted from the optical fiber attached to the optical fiber attachment portion is irradiated to a target region of the outer wall surface of the capillary held by the capillary holding portion; Capillary holder characterized by comprising.
前記キャピラリーホルダーの光ファイバー装着部に装着された光ファイバーと、
前記光ファイバーに接続されたレーザ光源と、
前記レーザ光源から発せられるレーザ光の出力をコントロールするコントローラと
を備えたことを特徴とするレーザ光照射装置。
A capillary holder according to claim 5;
An optical fiber mounted on the optical fiber mounting portion of the capillary holder;
A laser light source connected to the optical fiber;
And a controller for controlling the output of laser light emitted from the laser light source.
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