JP4894199B2

JP4894199B2 - 物質注入装置

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Publication number: JP4894199B2
Application number: JP2005243371A
Authority: JP
Inventors: 幸宏陽奥; 護俊安藤; 昭夫伊藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2025-08-24
Also published as: US20060183215A1; EP1693444A1; JP2006254895A

Description

この発明は、粒子に物質を注入する物質注入装置に関し、特に、細胞や針を観察しながら細胞に針を挿入する場合に、針と観察用のレンズとの間の干渉を防止するとともに細胞に対する針の挿入の成功率を高め、また、製造コストを上昇させることなく、細胞や細胞に物質を注入する針の透過観察を容易におこなうことができる物質注入装置に関する。

近年、ライフサイエンス分野、特に、再生医療やゲノム創薬等の分野において、細胞に、遺伝子や薬剤を注入し、細胞の性質を改変することが行われている。このような技術を用いることにより、遺伝子の役目を解明することができるとともに、個人の遺伝的特定に応じた治療などをおこなうテーラーメード医療が可能になる。

細胞に遺伝子や薬剤を注入する際には、細胞が動かないよう固定する必要がある。そのため、細胞径より小さな孔を開けた細胞固定板を用いて、吸引ポンプにより細胞を吸引し、孔に固定する技術などが開発されている（たとえば、特許文献１および特許文献２を参照。）。

また、細胞に遺伝子や薬剤を注入する方法として、電気泳動法を用いたマイクロインジェクション法が開発されている。このマイクロインジェクション法では、針を用いて針内の極微量の試料を正確に細胞内に注入するため、電気泳動法を用いて針内の試料の移動量を制御する（たとえば、特許文献３を参照。）。

特許第２６２４７１９号明細書特願２００３−４１９０９１号明細書特開平５−１９２１７１号公報

しかしながら、上述した従来技術では、細胞を観察しながら、遺伝子や薬剤を注入する針を細胞に挿入する場合に、細胞が動いてしまう可能性があるという問題があった。具体的には、細胞に孔を開けるためには、針を細胞に押し付ける必要があるが、細胞を固定している細胞固定板の細胞を固定する側の面と針の中心軸との間のなす角度が小さい場合には、細胞が動いてしまい、針が挿入しにくくなるという問題があった。

また、上述した従来技術では、細胞や、細胞に遺伝子や薬剤を注入する針を、光学系が倒立型である観察装置で透過観察する場合に、容易に透過観察をおこなうことができる装置を低コストで製造することが難しいという問題があった。

具体的には、光学系が倒立型である観察装置で細胞や針を透過観察しようとすると、細胞を固定する部分を透明な材料で形成する必要があるため、それを製作・加工する方法が限定されてしまう。

たとえば、透明な材料としては、ポリスチレンが一般に用いられているが、ポリスチレンに細胞を固定する孔を開けるにはレーザ加工をおこなう必要があり、手間がかかるため大量生産が難しくなり、装置の製造コストが上昇してしまう。

光学系が正立型である観察装置で細胞を観察すれば、細胞や針を容易に観察することができるが、この場合は、針と観察用のレンズが干渉してしまうため、針の設置角度が制限され、観察を容易におこなうことができなくなる。

そのため、針と観察用のレンズとの間の干渉を防止するとともに細胞に対する針の挿入の成功率を高め、また、装置の製造コストを上昇させることなく、細胞や針の観察を容易におこなうことができる技術の開発が望まれていた。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、細胞や針を観察しながら細胞に針を挿入する場合に、針と観察用のレンズとの間の干渉を防止するとともに細胞に対する針の挿入の成功率を高め、また、製造コストを上昇させることなく、細胞や細胞に物質を注入する針の観察を容易におこなうことができる物質注入装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、粒子に物質を注入する物質注入装置であって、前記粒子を固定する粒子固定部と、前記粒子に孔を形成することにより物質を注入する針と、前記粒子および／または針の像を粒子固定部越しに観察する場合に、当該粒子固定部を通過してきた光に基づいて前記粒子および／または針の像を形成する像形成手段と、を備え、前記孔を形成する際の粒子固定部の粒子を固定する側の面と前記針の中心軸との間のなす角が４５度以上１３５度以下となるように前記針を設置し、前記粒子固定部は、光の波長に応じて光透過率が異なる物質で作られており、前記粒子固定部に微細孔を有し、前記微細孔で細胞を吸引することにより前記細胞を固定し、前記像形成手段は、波長が５５０ナノメートル以下の光の場合は前記微細孔を透過した光で像を形成し、波長が６５０ナノメートル以上の光の場合は前記粒子固定部全体を透過した光で像を形成することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記粒子固定部は、光の波長に応じて光透過率が異なる物質からなり、前記像形成手段は、前記粒子および／または針が特定の波長の光を用いて粒子固定部越しに観察される場合に、当該粒子固定部を通過してきた特定の波長の光に基づいて前記粒子および／または針の像を形成することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記粒子固定部は、当該粒子固定部に形成された開口部に粒子を固定し、前記像形成手段は、前記粒子および／または針が特定の波長の光を用いて粒子固定部越しに観察される場合に、当該粒子固定部および／または開口部を通過してきた特定の波長の光に基づいて前記粒子、針および／または開口部の像を形成することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記光の波長に応じて光透過率が異なる物質は、ＳｉまたはＳｉＯ₂であることを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、波長が６５０ナノメートル以上の光を発光する発光手段をさらに備え、前記像形成手段は、前記粒子および／または針が特定の波長の光を用いて粒子固定部越しに観察される場合に、前記発光手段により発光され、前記粒子固定部を通過してきた光に基づいて、前記粒子および／または針の像を形成することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記粒子固定部は、当該粒子固定部に形成された開口部に粒子を固定し、前記発光手段は、波長が５５０ナノメートル以下の光をさらに発光し、前記像形成手段は、前記粒子および／または針が特定の波長の光を用いて粒子固定部越しに観察される場合に、前記発光手段により発光され、前記開口部を通過してきた光に基づいて、当該開口部の像を形成することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、特定の波長の光の伝播を制御する光フィルタをさらに備え、前記像形成手段は、前記粒子および／または針が特定の波長の光を用いて粒子固定部越しに観察される場合に、前記光フィルタにより伝播が制御され、かつ、前記粒子固定部を通過した特定の波長の光に基づいて、前記粒子および／または針の像を形成することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記粒子固定部は、当該粒子固定部に形成された開口部に粒子を固定し、前記光の波長に応じて光透過率が異なる物質はＳｉまたはＳｉＯ₂であり、前記光フィルタは、波長が６５０ナノメートル以上の光および／または波長が５５０ナノメートル以下の光を伝播するよう制御することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記像形成手段は、前記粒子および／または針が特定の波長の光を用いて粒子固定部越しに観察される場合に、当該粒子固定部を通過してきた特定の波長の光を前記粒子固定部の下方にて受光し、受光した光に基づいて前記粒子および／または針の像を形成することを特徴とする。

また、本発明は、粒子に物質を注入する物質注入方法であって、粒子固定部に固定された粒子に孔を形成する際の粒子固定部の粒子を固定する側の面と中心軸との間のなす角が４５度以上１３５度以下となるよう針を設置する針設置工程と、前記針設置工程により針が設置され、前記粒子および／または針の像を粒子固定部越しに観察する場合に、当該粒子固定部を通過してきた光に基づいて前記粒子および／または針の像を形成する像形成工程と、を含んだことを特徴とする。

本発明によれば、粒子に孔を形成する際の粒子を固定する粒子固定部の粒子を固定する側の面と中心軸との間のなす角が４５度以上１３５度以下となるよう設置された針を用いて粒子に孔を形成することにより粒子に物質を注入し、粒子および／または針の像を粒子固定部越しに観察する場合に、粒子固定部を通過してきた光に基づいて粒子および／または針の像を形成することとしたので、細胞や針を観察しながら細胞に針を挿入する場合に、針と観察用のレンズとの間の干渉を防止するとともに細胞に対する針の挿入の成功率を高めることができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、粒子固定部は、光の波長に応じて光透過率が異なる物質からなり、前記像形成手段は、前記粒子および／または針が特定の波長の光を用いて粒子固定部越しに観察される場合に、当該粒子固定部を通過してきた特定の波長の光に基づいて前記粒子および／または針の像を形成することとしたので、光の波長に応じて光透過率が異なる物質を用い、特定波長の光で粒子や針の像を形成することにより、粒子固定部の製造コストを上昇させることなく、粒子や針の透過観察を容易におこなうことができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、特定の波長の光を用いて、粒子を固定する開口部が形成された粒子固定部越しに粒子および／または針が観察される場合に、当該粒子固定部および／または開口部を通過してきた特定の波長の光に基づいて、粒子、針および／または開口部の像を形成することとしたので、光の波長に応じて光透過率が異なる物質を用い、特定波長の光で粒子や針、開口部の像を形成することにより、粒子固定部の製造コストを上昇させることなく、粒子や針、開口部の透過観察を容易におこなうことができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、光の波長に応じて光透過率が異なる物質は、ＳｉまたはＳｉＯ₂であることとしたので、粒子固定部をＳｉまたはＳｉＯ₂で製造することにより、製造コストを上昇させることなく、粒子や針の透過観察を容易におこなうことができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、粒子および／または針が特定の波長の光を用いて粒子固定部越しに観察される場合に、波長が６５０ナノメートル以上の光が発光され、粒子固定部を通過してきた発光された光に基づいて、粒子および／または針の像を形成することとしたので、波長が６５０ナノメートル以上の光に対する透過率が高いというＳｉまたはＳｉＯ₂の性質を利用して、粒子や針の透過観察を容易におこなうことができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、粒子および／または針が特定の波長の光を用いて粒子固定部越しに観察される場合に、波長が６５０ナノメートル以上の光に加えて、波長が５５０ナノメートル以下の光をさらに発光し、粒子固定部に形成された粒子を固定する開口部を通過してきた発光された光に基づいて、開口部の像を形成することとしたので、波長が５５０ナノメートル以下の光に対する透過率が低いというＳｉまたはＳｉＯ₂の性質を利用して、粒子や針と開口部との間の識別を容易におこなえるようにすることができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、粒子および／または針が特定の波長の光を用いて粒子固定部越しに観察される場合に、特定の波長の光の伝播を制御する光伝播制御部により伝播が制御され、かつ、粒子固定部を通過した特定の波長の光に基づいて、粒子および／または針の像を形成することとしたので、光伝播制御部を用いて特定の波長の光を取り出して利用することにより、粒子や針の透過観察を容易におこなうことができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、粒子固定部には、粒子を固定する開口部が形成され、光の波長に応じて光透過率が異なる物質はＳｉまたはＳｉＯ₂であり、波長が６５０ナノメートル以上の光および／または波長が５５０ナノメートル以下の光を伝播するよう制御することとしたので、波長が６５０ナノメートル以上の光に対する透過率が高く、波長が５５０ナノメートル以下の光に対する透過率が低いというＳｉまたはＳｉＯ₂の性質を利用して、粒子や針と開口部との間の識別を容易におこなえるようにすることができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、粒子および／または針が特定の波長の光を用いて粒子固定部越しに観察される場合に、粒子固定部を通過してきた特定の波長の光を粒子固定部の下方にて受光し、受光した光に基づいて粒子および／または針の像を形成することとしたので、光学系が倒立型である装置を構成することにより、正立型の装置のように針と観察用のレンズが干渉してしまうのを防ぐことができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、光の波長に応じて光透過率が異なる物質からなり、粒子を固定する粒子固定部越しに、粒子および／または針が特定の波長の光を用いて観察される場合に、粒子、針および／または粒子固定部に特定の波長の光を照射し、粒子固定部を通過してきた特定の波長の照射された光に基づいて、粒子および／または針の像を形成することとしたので、光の波長に応じて光透過率が異なる物質を用いることにより、粒子固定部の製造コストを上昇させることなく、粒子や針の透過観察を容易におこなうことができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る物質注入装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、本実施例では、細胞粒子内に遺伝子や薬剤などの物質を注入する物質注入装置に本発明を適用した場合について説明する。

まず、本発明に係る物質注入装置の特徴について説明する。図１は、本発明に係る物質注入装置の特徴について説明する説明図である。図１に示すように、この物質注入装置は、細胞１９に物質を注入する際に、細胞１９が動かないよう捕捉して置くため、細胞１９を載せる捕捉チップ１１に微細孔２１（開口部）を形成し、その微細孔２１から細胞１９を吸引する。

さらに、この物質注入装置では、細胞１９に物質を注入する針１２を細胞１９に挿入して細胞１９に孔を開ける際の捕捉チップ１１の粒子を固定する側の面と針１２の中心軸との間のなす角度が、４５度以上１３５度以下となるように針１２の角度が調節される。

このように、針１２の角度を調節すると、針１２を細胞１９に挿入する場合に細胞１９にかかる力の垂直成分が力の水平成分よりも大きくなるため、細胞１９が横に動きにくくなり、細胞１９に対する針１２の挿入の成功率を高めることができる。

また、細胞１９や針１２がある捕捉チップ１１の上方に照明１５を設置し、対物レンズ１６を用いて捕捉チップ１１越しに細胞１９や針１２を観察することとしたので、針１２と対物レンズ１６との間の干渉を防止することができる。

ここで、針１２を細胞１９に挿入する場合には、図１に示したように、針１２の中心軸の方向を細胞１９の中心方向に合わせ、細胞１９の中心部分に向かって針１２を押し出して挿入することとする。ただし、細胞１９の上方から針１２を細胞１９に押し付けるようにして針１２を挿入するなどしてもよい。この場合、孔の大きさが大きくならないようにするため、針１２をできるだけ高角度で挿入するのが望ましい。

また、ここでは、捕捉チップ１１の粒子を固定する側の面と針１２の中心軸との間のなす角度が、４５度以上１３５度以下となるように針１２の角度を調節することとしたが、６０度以上１２０度以下とすれば、細胞１９に針１２をより確実に挿入することができる。また、上記角度が９０度である場合には、針１２が観察しにくくなるため、９０度以外の角度に調節することとしてもよい。

以下の各実施例では、細胞１９に孔を開ける際の捕捉チップ１１の粒子を固定する側の面と針１２の中心軸との間のなす角度が、４５度以上１３５度以下となるように針１２の角度が調節されるものとする。

つぎに、本発明に係る物質注入装置の機能構成について説明する。図２は、本発明に係る物質注入装置の機能構成を示す図である。

図２に示す捕捉チップ１１は、ＳｉやＳｉＯ₂などの、光の波長に応じて光透過率が変化する物質を用いて製造される。そして、光透過率が高い波長の光を用いることにより、たとえ、物質注入装置の光学系が倒立型のものであっても、細胞１９や細胞１９に物質を注入する針１２を捕捉チップ１１越しに容易に観察することができるようになる。

また、光学系を倒立型とすることにより、細胞１９に物質を注入する針１２を捕捉チップ１１に対して高い角度になるよう設置することができ、針１２の設置角度の自由度を高めることができるため、針１２を細胞１９に挿入する成功率を上昇させることができるようになる。

さらに、ＳｉやＳｉＯ₂を捕捉チップ１１の材料とする場合には、プロセス加工により低コストで大量に捕捉チップ１１を製造することが可能となり、また、微細な加工を施すことが容易となる。そのため、製造コストを上昇させることなく、細胞１９や針１２の透過観察を可能とする物質注入装置を製造することができる。

図２に示すように、この物質注入装置は、容器１０、捕捉チップ１１、針１２、針制御装置１３、吐出装置１４、照明１５、対物レンズ１６、ＣＣＤカメラ１７、パーソナルコンピュータ１８から構成される。

容器１０は、細胞１９が液体中に含まれる細胞懸濁液２０を収容する容器である。捕捉チップ１１は、細胞１９の直径以下の直径を有する微細孔２１が形成され、その微細孔２１にポンプ（図示せず）などを用いて負圧をかけることにより細胞１９を吸引し、細胞１９を捕捉するチップである。ここで、微細孔２１の直径は、５マイクロメートル以下であることが望ましいが、これに限定されるものではない。

捕捉チップ１１への細胞１９の供給方法は、ピペットのような細管を用いて、細胞１９を含んだ細胞懸濁液２０を捕捉チップ１１上へ滴下して供給することとしてもよいし、捕捉チップ１１に細胞懸濁液２０を流す流路を形成して供給することとしてもよい。あるいは、捕捉チップ１１を容器１０に設置し、容器１０に細胞懸濁液２０を供給する供給装置を用いて捕捉チップ１１に細胞１９を供給することとしてもよい。

また、この捕捉チップ１１は、ＳｉやＳｉＯ₂などの、光の波長に応じて光透過率が変化する材料を用いて製造されたものである。ＳｉやＳｉＯ₂は、赤色よりも長い波長の光、具体的には、波長が６５０ナノメートル以上の光に対しては透過率が高いという性質をもつ。

そのため、ＳｉやＳｉＯ₂などの物質からなる捕捉チップ１１に赤色よりも長い波長の光を照射した場合には、捕捉チップ１１越しに細胞１９や針１２などを透過観察することができる。

ここで、容器１０は、捕捉チップ１１に照射された光が透過するよう構成されている。具体的には、容器１０の捕捉チップ１１の下にある部分は、開口部であるか、照明１５により照射された光を透過する物質により覆われている。

針１２は、細胞１９に微小な孔を形成し、そこから遺伝子や薬剤などの物質を注入する針である。針制御装置１３は、針１２の位置などを制御する制御装置である。吐出装置１４は、細胞１９へ注入する遺伝子や薬剤などの物質を針１２に供給するとともに、物質の供給量を制御する装置である。

照明１５は、赤色より長い波長の光、好ましくは波長が６５０ナノメートル以上の光を発する照明である。対物レンズ１６は、照明１５により発せられた光を、捕捉チップ１１の下方から集光する対物レンズである。

ＣＣＤカメラ１７は、対物レンズ１６により集光された光を受光して、画像を形成するカメラである。パーソナルコンピュータ１８は、針制御装置１３、吐出装置１４、ＣＣＤカメラ１５の動作を制御するとともに、形成された画像をメモリなどに記憶し、画像の解析などをおこなうコンピュータである。

また、ＳｉやＳｉＯ₂が、緑よりも短い波長の光、具体的には、波長が５５０ナノメートル以下の光に対して透過率が低いという性質を利用して、緑色よりも短い波長の光を発光する照明を用いることにより、捕捉チップ１１に形成された微細孔２１の観察をおこなうこととしてもよい。

図３は、ＳｉやＳｉＯ₂などの材料からなる捕捉チップ１１に赤色よりも長い波長の光および緑色よりも短い波長の光を照射する場合の照明の構成例である。

図３に示すように、この構成例においては、照明は、赤色よりも長い波長の光、好ましくは、波長が６５０ナノメートル以上である光を発光する長波長光照明３０と、緑色よりも短い波長の光、好ましくは、波長が５５０ナノメートル以下である光を発光する短波長光照明３１とから構成される。ここで、短波長光照明３１は、長波長光照明３０を取り囲むようにして設置されたリング照明である。

また、図３に示した容器１０、捕捉チップ１１、針１２、対物レンズ１６は図２に示した容器１０、捕捉チップ１１、針１２、対物レンズ１６と同様のものであり、図３には示していないが、針制御装置１３、吐出装置１４、ＣＣＤカメラ１７、パーソナルコンピュータ１８などの構成は図２に示したものと同様となる。

長波長光照明３０は、ＳｉやＳｉＯ₂などの材料からなる捕捉チップ１１に赤色よりも長い波長の光を照射した場合には、前述のように、捕捉チップ１１越しに細胞１９や針１２などを透過観察することができる。

一方、短波長光照明３１が、捕捉チップ１１に緑色よりも短い波長の光を照射した場合には、捕捉チップ１１本体の光の透過率が低いため、捕捉チップ１１に形成された微細孔２１が観察される。

この場合、パーソナルコンピュータ１８は、赤色より長い波長の光を用いて形成された画像、および、緑色より短い波長の光を用いて形成された画像に対して画像処理をおこない、細胞１９や針１２の部分と、捕捉チップ１１に形成された微細孔２１とを識別する処理をおこなう。

また、短波長光照明３１においては、発光する光の波長が短いため、分解能を高めるとともに、オートフォーカスのような深さ方向の画像処理の精度を向上させることができる。

具体的には、光の波長と分解能との間の関係は次式で表される。
（分解能）≒０．６１λ／ＮＡ
ここで、λは、光の波長であり、ＮＡは、レンズの開口数である。

また、光の波長と焦点深度との間の関係は次式で表される。
（焦点深度）≒±λ／（２ＮＡ・ＮＡ）

したがって、波長が５５０ナノメートル以下である光を用いることにより、分解能を高めるとともに、深さ方向の画像処理の精度を向上させることができる。さらに、短波長光照明３１は、リング照明であるため、光の微細孔２１への入射角度を大きくすることができ、微細孔２１の高さの判別を容易にすることができる。

また、図３では、短波長光照明３１のみをリング照明とすることとしたが、長波長光照明３０もまたリング照明とすることとしてもよい。図４は、赤色よりも長い波長の光および緑色よりも短い波長の光を発光するリング照明の例を示す図である。

図４に示す構成例においては、照明は、赤色よりも長い波長の光、好ましくは、波長が６５０ナノメートル以上である光を発光するリング照明からなる長波長光照明４０と、緑色よりも短い波長の光、好ましくは、波長が５５０ナノメートル以下である光を発光するリング照明からなる短波長光照明４１とから構成される。

また、図４に示した容器１０、捕捉チップ１１、針１２、対物レンズ１６は図２に示した容器１０、捕捉チップ１１、針１２、対物レンズ１６と同様のものであり、図４には示していないが、針制御装置１３、吐出装置１４、ＣＣＤカメラ１７、パーソナルコンピュータ１８などの構成は図２に示したものと同様となる。

図４に示すように、長波長光照明４０と短波長光照明４１とをリング照明とすることにより、針２１を捕捉チップ１１に対して垂直に設置することが可能となり、細胞１９に対して針１２を挿入する成功率を高めることができる。

なお、図４においては、長波長光照明４０と短波長光照明４１とを両方とも設置することとしているが、長波長光照明４０のみを設置し、細胞１９や針１２、微細孔２１の観察をおこなうこととしてもよい。

上述してきたように、本実施例１では、細胞１９に孔を形成する際の捕捉チップ１１の粒子を固定する側の面と中心軸との間のなす角が４５度以上１３５度以下となるよう設置された針１２を用いて細胞１９に孔を形成することにより細胞１９に物質を注入し、細胞１９および／または針１２の像を捕捉チップ１１越しに観察する場合に、捕捉チップ１１を通過してきた光に基づいて細胞１９および／または針１２の像を形成することとしたので、細胞１９や針１２を観察しながら細胞１９に針１２を挿入する場合に、針１２と対物レンズ１６との間の干渉を防止するとともに、細胞１９に対する針１２の挿入の成功率を高めることができる。

また、本実施例１では、光の波長に応じて光透過率が異なる物質からなり、細胞１９を固定する捕捉チップ１１越しに、細胞１９および／または針１２が特定の波長の光を用いて観察される場合に、対物レンズ１６が、当該捕捉チップ１１を通過してきた特定の波長の光に基づいて、細胞１９および／または針１２の像を形成することとしたので、光の波長に応じて光透過率が異なる物質を用い、特定波長の光で細胞１９や針１２の像を形成することにより、ポリスチレンを使用する場合のように捕捉チップ１１の製造コストを上昇させることなく、細胞１９や針１２の透過観察を容易におこなうことができる。

また、本実施例１では、細胞１９および／または針１２が特定の波長の光を用いて、細胞１９を固定する微細孔２１が形成された捕捉チップ１１越しに観察される場合に、当該捕捉チップ１１および／または微細孔２１を通過してきた特定の波長の光に基づいて、細胞１９、針１２および／または微細孔２１の像を形成することとしたので、光の波長に応じて光透過率が異なる物質を用い、特定波長の光で細胞１９や針１２、微細孔２１の像を形成することにより、捕捉チップ１１の製造コストを上昇させることなく、細胞１９や針１２、微細孔２１の透過観察を容易におこなうことができる。

また、本実施例１では、光の波長に応じて光透過率が異なる物質は、ＳｉまたはＳｉＯ₂であることとしたので、捕捉チップ１１をＳｉまたはＳｉＯ₂を用いてプロセス加工で製造することにより、捕捉チップ１１の製造コストを上昇させることなく、細胞１９や針１２の透過観察を容易におこなうことができる。

また、本実施例１では、長波長光照明３０が、波長が６５０ナノメートル以上の光を発光し、発光した光が捕捉チップ１１を通過してきた場合に、対物レンズ１６が、細胞１９および／または針１２の像を形成することとしたので、波長が６５０ナノメートル以上の光に対する透過率が高いというＳｉまたはＳｉＯ₂の性質を利用して、細胞１９や針１２の透過観察を容易におこなうことができる。

また、本実施例１では、長波長光照明３０が、波長が６５０ナノメートル以上の光を発光することに加えて、短波長光照明３１が、波長が５５０ナノメートル以下の光を発光し、発光された光が捕捉チップ１１に形成された微細孔２１を通過してきた場合に、対物レンズ１６が、微細孔２１を通過してきた光に基づいて、微細孔２１の像を形成することとしたので、波長が５５０ナノメートル以下の光に対する透過率が低いというＳｉまたはＳｉＯ₂の性質を利用して、捕捉チップ１１越しに観察される細胞１９や針１２と微細孔２１との間の識別を容易におこなえるようにすることができる。

また、本実施例１では、対物レンズ１６が、捕捉チップ１１を通過してきた特定の波長の光を捕捉チップ１１の下方にて受光し、受光した光に基づいて細胞１９および／または針１２の像を形成することとしたので、物質注入装置を光学系が倒立型である装置とすることにより、正立型の装置のように針と観察用のレンズが干渉してしまうのを防ぐことができる。

ところで、上記実施例１では、赤色よりも長い波長の光と緑色よりも短い波長の光とを発光する照明を用いて透過観察をおこなうこととしたが、赤色よりも長い波長の光と緑色よりも短い波長の光とを透過させる光フィルタを用いることとしてもよい。

そこで、本実施例２では、赤色よりも長い波長の光と緑色よりも短い波長の光とを透過させる光フィルタを用いて、細胞や針、捕捉チップに形成された微細孔の観察をおこなう場合について説明する。

図５は、赤色よりも長い波長の光と緑色よりも短い波長の光とを透過させる光フィルタの構成例である。図５に示すように、この構成例では、長波長光透過フィルタ５０、短波長光透過フィルタ５１および照明５２を備えている。

また、図５に示した容器１０、捕捉チップ１１、針１２、対物レンズ１６は図２に示した容器１０、捕捉チップ１１、針１２、対物レンズ１６と同様のものであり、図５には示していないが、針制御装置１３、吐出装置１４、ＣＣＤカメラ１７、パーソナルコンピュータ１８などの構成は図２に示したものと同様となる。

長波長光透過フィルタ５０は、赤色よりも長い波長の光、好ましくは、波長が６５０ナノメートル以上である光を透過させる光フィルタである。短波長光透過フィルタ５１は、緑色よりも短い波長の光、好ましくは、波長が５５０ナノメートル以下である光を透過させる光フィルタである。

照明５２は、前述の赤色よりも長い波長および緑色よりも短い波長の波長領域を含んだ広範囲の波長の光を発光する照明である。好ましくは、照明５２は、６５０ナノメートル以上、かつ、波長が５５０ナノメートル以下の波長領域を含んだ波長を有する光を発光する。

そして、長波長光透過フィルタ５０および短波長光透過フィルタ５１を切り替えて使うことにより、細胞１９や針１２、捕捉チップ１１に赤色よりも長い波長の光、または、緑色よりも短い波長の光を照射することができ、実施例１と同様に、細胞１９や針１２、微細孔２１の識別をおこなうことができるようになる。

なお、図５の例では、長波長光透過フィルタ５０および短波長光透過フィルタ５１を、捕捉チップ１１からみて、対物レンズ１６側でなく、照明５２側に設置することとしたが、長波長光透過フィルタ５０および短波長光透過フィルタ５１を対物レンズ１６側に設置することとしてもよい。

図６は、対物レンズ１６側に長波長光透過フィルタ６０および短波長光透過フィルタ６１を設置した例を示す図である。ここで、長波長光透過フィルタ６０は、赤色よりも長い波長の光、具体的には、波長が６５０ナノメートル以上である光を透過させる光フィルタである。短波長光透過フィルタ６１は、緑色よりも短い波長の光、具体的には、波長が５５０ナノメートル以下である光を透過させる光フィルタである。

また、図６に示した容器１０、捕捉チップ１１、針１２、対物レンズ１６は図２に示した容器１０、捕捉チップ１１、針１２、対物レンズ１６と同様のものであり、図６に示した照明５２は、図５に示した照明５２と同様のものであり、図６には示していないが、針制御装置１３、吐出装置１４、ＣＣＤカメラ１７、パーソナルコンピュータ１８などの構成は図２に示したものと同様となる。

そして、捕捉チップ１１および微細孔２１を通過してきた光から、長波長光透過フィルタ６０または短波長光透過フィルタ６１を用いて、赤色よりも長い波長の光、または、緑色よりも短い波長の光を取り出して、対物レンズ１６がその光を受光することにより、実施例１と同様に、細胞１９や針１２、微細孔２１の識別をおこなうことができるようになる。

上述してきたように、本実施例２では、対物レンズ１６が、特定の波長の光の伝播を制御する長波長光透過フィルタ５０，６０または短波長光透過フィルタ５１，６１により伝播が制御され、かつ、捕捉チップ１１を通過した特定の波長の光に基づいて、細胞１９および／または針１２の像を形成することとしたので、長波長光透過フィルタ５０，６０または短波長光透過フィルタ５１，６１を用いて特定の波長の光を取り出して利用することにより、細胞１９や針１２の透過観察を容易におこなうことができる。

また、本実施例２では、捕捉チップ１１には、粒子を固定する微細孔２１が形成され、捕捉チップ１１が光の波長に応じて光透過率が異なる物質であるＳｉまたはＳｉＯ₂により作成され、長波長光透過フィルタ５０，６０および短波長光透過フィルタ５１，６１が、波長が６５０ナノメートル以上の光と波長が５５０ナノメートル以下の光とをそれぞれ伝播するよう制御することとしたので、波長が６５０ナノメートル以上の光に対する透過率が高く、波長が５５０ナノメートル以下の光に対する透過率が低いというＳｉまたはＳｉＯ₂の性質を利用して、細胞１９や針１２と微細孔２１との間の識別を容易におこなえるようにすることができる。

さて、これまで本発明の実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施例にて実施されてもよいものである。

また、本実施例において説明した各処理のうち、自動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的におこなうこともでき、あるいは、手動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的におこなうこともできる。

この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。

また、図示した物質注入装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示のように構成されていることを要しない。すなわち、物質注入装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。

（付記１）粒子に物質を注入する物質注入装置であって、
前記粒子を固定する粒子固定部と、
前記粒子に孔を形成することにより物質を注入し、当該孔を形成する際の粒子固定部の粒子を固定する側の面と中心軸との間のなす角が４５度以上１３５度以下となるよう設置された針と、
前記粒子および／または針の像を粒子固定部越しに観察する場合に、当該粒子固定部を通過してきた光に基づいて前記粒子および／または針の像を形成する像形成手段と、
を備えたことを特徴とする物質注入装置。

（付記２）前記粒子固定部は、光の波長に応じて光透過率が異なる物質からなり、前記像形成手段は、前記粒子および／または針が特定の波長の光を用いて粒子固定部越しに観察される場合に、当該粒子固定部を通過してきた特定の波長の光に基づいて前記粒子および／または針の像を形成することを特徴とする付記１に記載の物質注入装置。

（付記３）前記粒子固定部は、当該粒子固定部に形成された開口部に粒子を固定し、前記像形成手段は、前記粒子および／または針が特定の波長の光を用いて粒子固定部越しに観察される場合に、当該粒子固定部および／または開口部を通過してきた特定の波長の光に基づいて前記粒子、針および／または開口部の像を形成することを特徴とする付記２に記載の物質注入装置。

（付記４）前記光の波長に応じて光透過率が異なる物質は、ＳｉまたはＳｉＯ₂であることを特徴とする付記２または３に記載の物質注入装置。

（付記５）波長が６５０ナノメートル以上の光を発光する発光手段をさらに備え、前記像形成手段は、前記粒子および／または針が特定の波長の光を用いて粒子固定部越しに観察される場合に、前記発光手段により発光され、前記粒子固定部を通過してきた光に基づいて、前記粒子および／または針の像を形成することを特徴とする付記４に記載の物質注入装置。

（付記６）前記粒子固定部は、当該粒子固定部に形成された開口部に粒子を固定し、前記発光手段は、波長が５５０ナノメートル以下の光をさらに発光し、前記像形成手段は、前記粒子および／または針が特定の波長の光を用いて粒子固定部越しに観察される場合に、前記発光手段により発光され、前記開口部を通過してきた光に基づいて、当該開口部の像を形成することを特徴とする付記５に記載の物質注入装置。

（付記７）特定の波長の光の伝播を制御する光フィルタをさらに備え、前記像形成手段は、前記粒子および／または針が特定の波長の光を用いて粒子固定部越しに観察される場合に、前記光フィルタにより伝播が制御され、かつ、前記粒子固定部を通過した特定の波長の光に基づいて、前記粒子および／または針の像を形成することを特徴とする付記２に記載の物質注入装置。

（付記８）前記粒子固定部は、当該粒子固定部に形成された開口部に粒子を固定し、前記光の波長に応じて光透過率が異なる物質はＳｉまたはＳｉＯ₂であり、前記光フィルタは、波長が６５０ナノメートル以上の光および／または波長が５５０ナノメートル以下の光を伝播するよう制御することを特徴とする付記７に記載の物質注入装置。

（付記９）前記像形成手段は、前記粒子および／または針が特定の波長の光を用いて粒子固定部越しに観察される場合に、当該粒子固定部を通過してきた特定の波長の光を前記粒子固定部の下方にて受光し、受光した光に基づいて前記粒子および／または針の像を形成することを特徴とする付記２〜８のいずれか１つに記載の物質注入装置。

（付記１０）粒子に物質を注入する物質注入方法であって、
粒子固定部に固定された粒子に孔を形成する際の粒子固定部の粒子を固定する側の面と中心軸との間のなす角が４５度以上１３５度以下となるよう針を設置する針設置工程と、
前記針設置工程により針が設置され、前記粒子および／または針の像を粒子固定部越しに観察する場合に、当該粒子固定部を通過してきた光に基づいて前記粒子および／または針の像を形成する像形成工程と、
を含んだことを特徴とする物質注入方法。

以上のように、本発明に係る物質注入装置は、針と観察用のレンズとの間の干渉を防止するとともに細胞に対する針の挿入の成功率を高め、また、製造コストを上昇させることなく、細胞や細胞に物質を注入する針の透過観察を容易におこなうことが必要な物質注入システムに有用である。

本発明に係る物質注入装置の特徴について説明する図である。本発明に係る物質注入装置の機能構成を示す図である。ＳｉやＳｉＯ₂などの材料からなる捕捉チップに赤色よりも長い波長の光および緑色よりも短い波長の光を照射する場合の照明の構成例である。赤色よりも長い波長の光および緑色よりも短い波長の光を発光するリング照明の例を示す図である。赤色よりも長い波長の光と緑色よりも短い波長の光とを透過させる光フィルタの構成例である。対物レンズ側に長波長光透過フィルタおよび短波長光透過フィルタを設置した例を示す図である。

符号の説明

１０容器
１１捕捉チップ
１２針
１３針制御装置
１４吐出装置
１５，５２照明
１６対物レンズ
１７ＣＣＤカメラ
１８パーソナルコンピュータ
１９細胞
２０細胞懸濁液
３０，４０長波長光照明
３１，４１短波長光照明
５０，６０長波長光透過フィルタ
５１，６１短波長光透過フィルタ

Claims

粒子に物質を注入する物質注入装置であって、
ＳｉまたはＳｉＯ _２により形成され、微細孔を有し、前記粒子を前記微細孔で吸引することにより前記粒子を固定する粒子固定部と、
前記粒子固定部の前記粒子を固定する側の面と中心軸が４５度以上１３５度以下の角度をなすように配置され、前記粒子に孔を形成することにより物質を注入する針と、
波長が５５０ナノメートル以下の第１の光および波長が６５０ナノメートル以上の第２の光を前記粒子固定部および前記針の垂直上方から照射する発光手段と、
前記粒子および／または前記針の像を垂直下方から前記粒子固定部越しに観察する場合に、前記粒子固定部が有する前記微細孔を透過した前記第１の光により前記微細孔の像を形成し、前記粒子固定部を透過した前記第２の光により前記粒子固定部に前記微細孔で固定された前記粒子および／または前記針の像を形成する像形成手段と、
を備えたことを特徴とする物質注入装置。