JP5094661B2 - スライス装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、スライス装置及び方法に関し、より詳細には、ブロック状対象物を厚さ数ｍｍ程度のスライス片にスライスするスライス装置および方法に関する。

樹脂ブロック等のブロック状対象物をスライスして厚さ数ｍｍ以下の薄いスライス片を得るミクロトーム等のスライス装置が知られている。このようなスライス装置としては、例えば特許文献１に記載された装置がある。

特開２００４−２２６３２４号公報

特許文献１に記載されたスライス装置は、例えば、異なる核酸等の生体高分子が固定化された多数の生体高分子固定化ゲル保持中空繊維を規則的に配列することによって形成された繊維集合体（ブロック状対象物）を、繊維軸と直交する方向にスライスしてキャピラリー・アレイ・シートを製造する際に使用される。

繊維集合体をスライスすることによって製造されたキャピラリー・アレイ・シートは、容器に収容して保管されるので、このようなスライス装置では、スライス作業後に、スライス片であるキャピラリー・アレイ・シートを一枚ずつ、容器まで搬送する必要がある。

スライス片であるキャピラリー・アレイ・シートは、スライス装置の刃から脱落した後の位置や角度、又は表裏が一定ではないため、特許文献１の装置を用いたスライス作業では、作業者がキャピラリー・アレイ・シートを目視し、ピンセット等を用いてキャピラリー・アレイ・シートを保持し、容器まで搬送していた。
しかしながら、このような搬送方法は、作業者にとって負担であり、スライス作業の効率を悪化させていた。

また、画像認識装置に連動したマニュピレータを用いてスライス片の位置、角度等を認識し、所定の駆動部の先端に固定された保持具を用いてスライス片を搬送する装置も提案されている。
しかしながら、このような搬送装置は、高価な画像認識装置を導入し、さらに画像認識装置を制御するために複雑なプログラムを作成する必要があり、コスト面が高くなり、かつ保守整備に手間がかかる等の種々の問題を有している。

ブロック状の生体試料（ブロック状対象物）を顕微鏡観察用薄片にスライスするスライス装置および方法等においても同様の問題が生じている。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、作業者に負担を強いることなく、ブロック状対象物からスライスされたスライス片を確実に容器まで搬送することができる安価なスライス装置等を提供することを目的とする。

本発明によれば、
ブロックをスライスするスライス装置であって、
前記ブロックを上方部分がステージから突出させた状態で固定するブロック固定手段と、
前記ステージから突出している前記ブロックの上方部分をスライスしてスライス片を作成するスライス手段と、
前記スライス片を保持する保持手段と、
前記スライス片を収容する容器手段と、
前記保持手段を移動させ、前記スライス片を前記容器に搬送するスライス片搬送手段と、
前記保持手段とともに移動可能に配置され前記容器に液体を分注する液体分注手段と、を備えている、
ことを特徴とするスライス装置が提供される。

このような構成によれば、作業者の目視、又は画像認識装置等によらず、ブロックからスライスされたスライス片を確実に保持することができ、さらに、保持手段を移動させることによってスライス片を容器まで、確実に搬送することができる。

さらに、このような構成によれば、スライス片を容器まで搬送するときに、液体分注手段が搬送手段とともに移動するので、液体分注手段を、容器に対して位置決めする機構を別途に設ける必要がなくなる。

本発明の他の好ましい実施形態によれば、
前記容器を複数個収納可能な容器収納手段と、
前記容器を、前記容器収納手段と、前記スライス片搬送手段がアクセス可能な位置との間で搬送する容器搬送手段と、を備えている。

さらに、本発明の他の態様によれば、
ブロックをスライスするスライス方法であって、
前記ブロックを上方部分がステージから突出させた状態で固定するブロック固定ステップと、
前記ステージから突出している前記ブロックの上方部分をスライスしてスライス片を作成するスライスステップと、
前記スライス片を保持する保持ステップと、
前記保持されたスライス片を前記容器に搬送するスライス片搬送ステップと、を備えている、
ことを特徴とするスライス方法が提供される。

以下、本発明の好ましい実施形態のスライス装置について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

本実施形態のスライス装置は、ブロック状のスライス対象物を厚さ数ｍｍ以下のスライス片にスライスする装置である。ここでスライスされるブロック状のスライス対象物は、特に限定されるものではない。

ブロック状のスライス対象物として、例えば、顕微鏡観察用薄片を得るための生体試料が挙げられる。一般的には生体試料は、柔軟で崩壊し易く、損傷を防止する必要があり、さらに薄片の連続的な変化を観察することを目的として多数の薄片を管理する必要がある。本実施態様のスライス装置及び方法は、このような生体試料からスライス片を作成する際に適している。

また、ブロック状のスライス対象物の他の例として、生体関連物質マイクロアレイの製造工程で作成される樹脂ブロックが挙げられる。
生体関連物質マイクロアレイの製造方法として、樹脂ブロックに形成した複数の貫通孔に生体関連物質を保持し、貫通孔と直交する方向に樹脂ブロックをスライスして、生体関連物質マイクロアレイを得る方法（特開２０００−７８９９８号公報参照）や、生体関連物質を保持した複数本の中空繊維を収束して樹脂で一体化した樹脂ブロックを繊維方向と直交する方向に該樹脂ブロックをスライスすることで生体関連物質マイクロアレイを得る方法（ＷＯ００／５３７３６号公報参照）が知られているが、本実施態様のスライス装置及び方法は、このような樹脂ブロック（ブロック状対象物）をスライスする場合にも適している。

図１は、本発明の一実施形態のスライス装置１を概略的に示す斜視図である。スライス装置１は、ブロック(ブロック状対象物)２をスライスしてスライス片を作成する装置であり、スライスするブロック（ブロック状対象物）２をクランプして固定する開閉クランプ４と、開閉クランプ４の下方に配置されブロック２が載置される上下動可能なＺ軸ステージ６と、Ｚ軸ステージ６をＸ軸に沿って前後動させるＸ軸駆動機構８と備えている。

開閉クランプ４は、板状のステージ１０を有するとともに、図示しない連結機構によってＸ軸駆動機構８に連結され、Ｘ軸駆動機構８によって、Ｚ軸ステージ６とともにＸ軸方向に移動可能とされている。

スライス装置１は、また、ブロック２をスライスするブレード１２を備えている。ブレード１２は、刃先が開閉クランプ４のステージ１０の上面とほぼ同じ高さ位置に配置されるように、固定されている。

スライス装置１は、さらに、ステージ１０の上方に配置された真空吸引パッド１４と、真空吸引パッド１４に連通した真空発生器１６と、スライス片を収容する容器１８を備えている。真空吸引パッド１４のＸ軸方向位置は、ブレード１２の刃先のＸ軸方向位置に隣接している。
真空吸引パッド１４と真空発生器１６は、ブロック２からスライスされたスライス片を保持する保持手段を構成する。

容器１８は、容器用Ｘ軸駆動機構２０によってＸ軸に沿って移動可能な容器用ステージ２２に載置される。容器用ステージ２２は、クランプ４のステージ１０に隣接した載置位置(図１)と、容器ラック２４内の収納位置との間を容器用Ｘ軸駆動機構２０によって往復動可能にされている。

真空吸引パッド１４に隣接して、分注ノズル２６が配置されている。分注ノズル２６は、分注バルブ２８が設けられた管路３０によって液体タンク３２と連通されて分注装置を構成し、液体タンク３２内の液体を、容器１８の所定箇所に所定量づつ供給する。

真空吸引パッド１４と分注ノズル２６は、パッド用Ｚ軸駆動機構３４によって、Ｚ軸に沿って上下動可能なパッド用Ｚ軸ステージ３４に取付けられている。また、パッド用Ｚ軸駆動機構３４は、パッド用Ｙ軸駆動機構３６によって、Ｙ軸に沿って往復動可能に構成されている。

即ち、真空吸引パッド１４と分注ノズル２６は、パッド用Ｙ軸駆動機構３６によって、開閉クランプ４にクランプされたブロック２の上方位置と、載置位置に配置された容器ステージ２２の上方位置との間を往復動することができるように構成されている。

また、真空吸引パッド１４と分注ノズル２６は、パッド用Ｚ軸駆動機構３４によって、真空吸引パッド１４が、開閉クランプ４にクランプされたブロック２の上面を吸引する下方位置と、開閉クランプ４にクランプされたブロック２の上面から上方に離間した上方位置との間を上下方向に往復動することができるように構成されている。

開閉クランプ４は、スライス時に生じる圧縮および剪断荷重によるブロック２の逃げ・変形・崩壊を防ぐ保持機能を有している。本実施態様のようにスライスするブロック２の断面形状が、一定である場合には、開閉クランプ４の開口部形状をブロック２の形状と合わせることによって、保持機能を高めることができる。また、スライスするブロックの断面形状が、一定でない場合には、開閉クランプ４の形状は汎用性の高い万力形状とするのがよい。

開閉クランプ４への荷重印加の方法として、空気圧や油圧を駆動源とするアクチュエータを用いれば、空気圧や油圧の圧力調整でクランプ荷重の調整が容易となり、さらに汎用性が高くなり好ましい。

Ｚ軸ステージ６をＺ軸に沿って駆動する駆動機構、Ｘ軸駆動機構８、容器用Ｘ軸駆動機構２０、パッド用Ｚ軸駆動機構３４、パッド用Ｙ軸駆動機構３６は、送りねじをモータで駆動される機構で構成されると、制御性や位置決め精度に優れ好ましい。これらの駆動機構は、図示しない制御装置に記憶されたプログラムよって、所定の動作をするように設定されている。

また、制御目標点数が２点に限られる場合は、アクチュエータを用いるとスライス装置を簡素化でき好ましい。
スライス装置の要求仕様に応じて、制御目標点数を限定した簡素な構造、制御方式による安価且つ軽量なステージ駆動機構を適宜選択してもよい。
しかしながら、Ｘ軸ステージ８は、スライス時に生じる圧縮および剪断荷重を全て受けることを考慮して、十分な推力・荷重容量を有する機種を選定するのが好ましい。

真空吸着パッド１４は、材質・形状・寸法等それぞれ特徴を有する多種多様なものが安価に入手可能で、薄片の性状に最適なものを適宜選定可能である。

また、真空発生器１６としては、真空破壊バルブや、真空スイッチとコンポーネントになった装置、または、汎用の真空ポンプが使用される。
スライス片の寸法、質量に応じて異なるスライス片を保持するための吸引力を発生できるように、真空吸引パッド１４および真空発生器１６の仕様が決定される。

真空吸引パッド１４および真空発生器１６による保持手段に代えて、スライス片を針状のもので刺して保持する保持手段、スライス片をピンセットやチャックで掴むことによって保持する保持手段、あるいはスライス片が磁力で吸着可能である場合は電磁石で吸着することによって保持する保持手段を用いることができる。また、保持手段の種類に関係なく、スライス片の寸法や質量に対して十分な保持力を持たせるために、スライス片の複数箇所を保持するように保持手段を構成してもよい。

容器１８は、スライス片の形状や寸法によって、最適なものが適宜選択される。本実施態様では、板状の本体に、スライス片が収容される複数の凹部(収容区画)が形成された所謂ウェルプレートが容器１８として使用されている。

本実施態様では、容器用Ｘ軸駆動機構２０、容器用ステージ２２等によって構成される交換手段によって、ステージ１０に隣接して配置される容器１８が交換されるため、交換手段の仕様に合致した容器１８が選定されている。

交換手段としては、理化学実験機器の試料保管装置や試料分注装置に備えられるウェルプレート自動交換装置を使用してもよい。この装置は、多数のウェルプレートを収納したラックから、制御プログラムに基づき所望のウェルプレートを搬送する公知の装置である。

容器１８の収容区画に所定量の液体を分注する分注手段としては、市販の液剤分注装置から、用いる液剤の性状や量によって最適な装置が適宜選定される。選定の際に勘案すべき液剤の性状としては、粘度、温度、毒性、腐食性等が挙げられる。
分注ノズル２６は、分注の際に容器１８の収容区画上への位置決めが必要となるが、本実施態様のように、真空吸着パッド１４に隣接して設けることにより、分注ノズル１４を収容区画上に位置決めするための専用機器が不要となり、スライス装置を簡素化できる点で好ましい。

次に、本実施形態のスライス装置１の動作を説明する。
駆動機構等の動作は、図示しない制御装置に記憶されたプログラムによって制御される。まず、スライスするブロック２をＺ軸ステージ６上に載置する。次いで、開閉クランプ１０を開いた状態で、Ｚ軸ステージ６を適宜上下動させ、ステージ１０の上面から上方に突出するブロック２の高さを、製作するスライス片の厚さに合わせる。ブロック２の突出高さをスライス片のする厚さと同一に設定した後、開閉クランプ４を閉じ、ブロック２を固定する。

次いで、Ｘ軸駆動機構８を作動させ、Ｚ軸ステージ６をブレード１２に向けて移動させることによって、ステージ１０から上方に突出しているブロック２の上方部分を、ブレード１２で切断してスライス片を作成する。

ブレード１２によるステージ片作成の際、保持手段を、パッド用Ｚ軸駆動機構３４およびパッド用Ｙ軸駆動機構３６によって真空吸引パッド１４がブロックからスライスされたスライス片を吸着保持できる位置に配置しておき、真空発生器１６からの減圧吸引により、作成されたスライス片を真空吸引パッド１４で吸着保持する。

真空吸引パッド１４の配置タイミング、真空発生器の作動タイミングは特に限定されるものではないが、ブロック２からスライス片が完全に切り離される前に、ブロック２の頂面のスライス後にステージ片となる領域が、真空吸着パッド１４で吸引保持された状態となっていることが必要である。

このようにして真空吸着パッド１４で吸引保持スライス片を、パッド用Ｚ軸駆動機構３４およびパッド用Ｙ軸駆動機構３６を作動させ、容器１８の所定の収容区画(凹部)上に搬送し、真空吸引を停止して収容区画内に落下させる。
このとき容器１８は、容器用Ｘ軸駆動機構２０によって、クランプ４のステージ１０に隣接した載置位置(図１)に配置された容器用ステージ２２上に配置されている。

スライス片を収容する収納区画への搬送は、あらかじめ入力したシーケンスプログラムに基づいてパッド用Ｚ軸駆動機構３４、パッド用Ｙ軸駆動機構３６を作動させる自動制御による。しかしながら、作業者がその都度、選定する構成でもよい。

スライス片を乾燥させることが好ましくない場合には、分注手段によって、容器１８の収容区画(凹部)に所定量の液体を分注する。本実施態様は、容器にスライス片を収容する前または後に、分注ノズル２６から所定量の水等を容器１８の収容区画内に分注し、スライス片の乾燥を防止できるように構成されている。

容器１８を交換する場合には、容器用Ｘ軸駆動機構２０を作動させ、容器１８が載置されている容器用ステージ２２を、クランプ４のステージ１０に隣接した載置位置(図１)から、容器ラック２４内の収納位置に移動させ、容器ラック２４内に容器１８を収容する。次いで、容器ラック２４内の他の容器１８を容器用ステージ２２に載置した後、容器用ステージ２２を、クランプ４のステージ１０に隣接した載置位置(図１)に配置する。

連続的にスライス作業を行う場合は、Ｘ軸ステージ６をスライス前の初期位置に戻し、一連の動作を繰り返す。また、ブロックを全長に渡ってスライスする場合には、ブロックの長さ(高さ)をスライス装置自身が判断して自動的にスライスを終了するプログラムに設計すれば、作業者が長時間監視する必要がないので好ましい。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。

次に、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
図１に示す実施態様に沿ってスライス装置を製作した。
ブレードとして、住友電工ハードメタル製超硬合金ＡＦ１を材質とし、刃渡り１５０ｍｍ、刃厚さ０．９ｍｍ、刃先角度２０°のものを用いた。真空吸着パッドとして、ＦＩＰＡ製φ１．５フラットパッド１０２．００１．００２．２を用いた。真空発生器として、日本ピスコ製真空発生器ＶＵＨ０７−６６Ｊを用いた。バッド用Ｚ軸ステージとして、ＳＭＣ製エアスライドテーブルＭＸＳ６−５０を用いた。

真空吸着パッドと真空発生器は、パッド用Ｚ軸ステージに取り付けられている。パッド用Ｙ軸駆動機構として、ＩＡＩ製ロボシリンダＲＣＰ２−ＳＡ５−Ｉ−ＰＭ−６−２００−Ｐ１−Ｒ０５を用いた。パッド用Ｚ軸ステージはパッド用Ｙ軸駆動機構に取り付けられている。

容器として、ナルジェヌンクインターナショナル製マルチディッシュ１５０６８７を用いた。容器の材質はポリスチレン、外形寸法は縦１２８×横８６×厚さ１５ｍｍ、収納区画数は縦８×横６＝４８区画である。

容器用Ｘ軸駆動機構として、ＩＡＩ製ロボシリンダＲＣＰ２−ＳＡ５−Ｉ−ＰＭ−６−５００−Ｐ１−Ｒ０５を用いた。開閉クランプとして、ＳＭＣ製デュアルロッドシリンダＣＸＳＬ２０−２０を２台とＳＭＣ製レギュレータＡＲ２５を組み合わせて用いた。

Ｚ軸ステージとして、ＴＨＫ製ＬＭガイドアクチュエータＫＲ３３０６Ａ＋４００ＬＰと三菱電機製サーボモータＨＣ−ＫＦＳ０５３Ｂを組み合わせて用いた。Ｘ軸駆動機構として、ＴＨＫ製ＬＭガイドＳＨＳ２０Ｖ２ＳＳＣ０−６４０Ｌを２台とＴＨＫ製ボールねじＢＮＴ１６０５−２．６ＺＺ＋６４０Ｌと三菱電機製サーボモータＨＣ−ＫＦＳ０５３を組み合わせて用いた。

交換手段として、開口幅１２８×高さ３２×奥行９０ｍｍの開口部を２４箇所設けたラックを製作し、ラック位置決め用にＴＨＫ製ＬＭガイドアクチュエータＫＲ３３０６Ａ＋６００Ｌと三菱電機製サーボモータＨＡ−ＦＦ１３Ｂを組み合わせたものを用いた。

分注ノズルとして、武蔵エンジニアリング製プラスチックニードルＰＮ−１５Ｇ−Ｂを用い、真空吸着パッドから１０ｍｍ離した位置に取り付けた。分注バルブとして、武蔵エンジニアリング製ダイアフラムバルブＤＣＶ−３を用いた。液体タンクとして、武蔵エンジニアリング製ストレートワンタッチタンクＳＯＴ−３Ｌを用いた。

装置の運転プログラムとして、ブロックを全長に渡ってスライスし終えた場合と、容器が満量になった場合に、自動的に運転終了する設計とした。

このような構成を有するスライス装置を用いて、ブロックのスライスを実施した。
ブロックとして、外径０．２８／内径０．２×長さ１４０ｍｍのポリカーボネート中空糸を縦１９×横１２本の碁盤目状に配列し、その周囲を日本ポリウレタン製コロネート４４０３とニッポラン４２７６を５８：４２の質量比で混合したもので包埋して縦１２×横７×長さ１４０ｍｍの四角柱状に成型したポリウレタンブロックを用いた。
スライスした薄片の厚さは０．２５ｍｍに設定した。

容器を交換手段の開口部に１０個装填した。
また、収容区画への収容順序を、各容器のＡ１、Ａ２・・・Ａ７、Ａ８、Ｂ１、Ｂ２・・・Ｆ７、Ｆ８の順に選定し、満量になった容器を空の容器へ交換した後再びＡ１、Ａ２・・・の順に選定するよう、シーケンスプログラムに設定した。
液体タンクに水を１０００ｃｃ装填し、１収納区画あたりの分注量を１．５ｃｃに設定した。
ブロック２、長さ方向と直交する方向に、ブロック全長に渡ってスライスした。その間、スライス装置は以下の通りに動作した。

まず開閉クランプを開いた状態で、Ｚ軸ステージを適宜上下動して、スライスする厚さを０．２５ｍｍに調節し、開閉クランプを閉じ、ブロックを固定する。続いて、パッド用Ｚ軸ステージとパッド用Ｙ軸駆動機構を動かして、ブロックの表面に真空吸着パッドを接触させ、真空発生器により減圧吸引し、ブロックの表面に真空吸着パッドを吸着させた状態を得る。

続いてＸ軸駆動機構を作動させ、ステージをブレードの方向に動かしてブロックをスライスして、真空吸着パッドが縦１２×横７×０．２５ｍｍのスライス片を把持した状態を得る。続いて、パッド用Ｚ軸ステージとパッド用Ｙ軸駆動機構と容器用Ｘ軸駆動機構を作動させ、容器の目的とする収納区画にスライス片を搬送し、同時に、収容区画に分注ノズルから水を１．５ｃｃ分注する。続いてＸ軸駆動機構によってステージをスライス前の位置に戻し、一連の動作を繰り返す。

上記の動作を４８０回繰り返し、１０枚の容器の全収納区画に薄片１枚と水１．５ｃｃを収納した状態で自動停止した。所要時間は２時間４０分であり、その間、作業者は何ら操作をすることはなかった。
（比較例１）
上記実施例のスライス装置から、真空吸着パッド、真空発生器、パッド用Ｚ軸ステージ、パッド用Ｙ軸駆動機構、容器用Ｘ軸駆動機構、容器ラック、分注ノズル、分注バルブ、液体タンクを取り外して、ブロックのスライスを実施した。
ブロックとして、上記実施例と同じポリウレタンブロックを用いた。
スライスした薄片の厚さは、上記実施例と同じ０．２５ｍｍに設定した。
容器を１０個用意した。続いて全ての収納区画にスポイトを用いて水を１．５ｃｃ分注した。ブロックを、長さ方向と直交する方向に、ブロック全長に渡ってスライスした。その間、スライス装置は以下の通りに動作した。

開閉クランプを開いた状態で、Ｚ軸ステージを適宜上下動して、スライスする厚さを０．２５ｍｍに調節し、開閉クランプを閉じ、ブロックを固定する。続いてＸ軸駆動機構をブレードの方向に動かしてブロックをスライスして、縦１２×横７×０．２５ｍｍのスライス片を得る。続いて、Ｘ軸駆動機構によってステージをスライス前の位置に戻し、一連の動作を繰り返す。

その間、作業者は、ステージ片が得られる度に、ステージ片をピンセットで把持して、容器の収容区画に収納した。収容区画への収納順序を、各容器のＡ１、Ａ２・・・Ａ７、Ａ８、Ｂ１、Ｂ２・・・Ｆ７、Ｆ８の順に選定し、満量になった容器を水１．５ｃｃが分注された容器へ交換した後再びＡ１、Ａ２・・・の順に、全ての薄片を収納した。

上記の動作を４８３回繰り返し、１０枚の容器の全収納区画に薄片１枚と水１．５ｃｃを収納した状態で運転終了した。途中薄片の把持に失敗して床に落としてしまった３枚は廃棄した。所要時間は２時間５０分であった。

本発明の実施態様のスライス装置の構成を模式的に示す斜視図である。

符号の説明

１：スライス装置
２：ブロック
４：開閉クランプ
６：Ｚ軸ステージ
８：Ｘ軸駆動機構
１０：ステージ
１２：ブレード
１４：真空吸引パッド
１６：真空発生器
２０：容器用Ｘ軸駆動機構
２２：容器用ステージ
２６：分注ノズル
３４：パッド用Ｚ軸駆動機構
３６：パッド用Ｙ軸駆動機構

Claims (1)

1. ブロックをスライスするスライス装置であって、
   前記ブロックを上方部分がステージから突出させた状態で固定するブロック固定手段と、
   前記ステージから突出している前記ブロックの上方部分をスライスしてスライス片を作成するスライス手段と、
   前記スライス片を保持する保持手段と、
   前記スライス片を収容する容器手段と、
   前記保持手段を移動させ、前記スライス片を前記容器に搬送するスライス片搬送手段と、
   前記保持手段とともに移動可能に配置され前記容器に液体を分注する分注手段と、を備えている、
   ことを特徴とするスライス装置。

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