JP6262227B2 - 保持装置 - Google Patents

Description

本発明は、軸線に沿って延在する物品を保持するための、特にマイクロマニピュレータの毛細管ホルダを保持するための保持装置に関する。

このような保持装置は、正確に既定された、又は正確に規定可能な位置に物品を配置するという目的のために、またこれらをそこに保持するために、実験室で使用される。マイクロポジショニング装置又はマイクロマニピュレータ装置での、又はこのような装置の構成部品としてのこのような保持装置の使用において、マイクロポジショニングが実施されるときにはごくわずかな公差のみが容認される。マイクロマニピュレーションは、マイクロシステムやナノシステム及びその構成要素など、人工物の取り扱いを伴いうる。特に、生細胞など生体物が関係することもある。両方の使用分野は、毛細管、探針、又は電極などの取り扱いツールのポジショニングにおいて高度な信頼性を必要とする。

この種の保持装置は、毛細管ホルダ、又は軸線に沿って延在する物品をユーザが正確にポジショニングしなければならない細胞生物学又は分子生物学の作業ステーションでの使用において、特に有益である。このような作業ステーションでは、例えば胚盤胞での卵細胞質内精子注入（ＩＣＳＩ）及び胚性幹細胞（ＥＳ細胞）の移植などの方法が実施され、これらは非常に限定された空間での使用ツールの位置及び移動の正確な制御を必要とする。このような作業ステーションはいくつかの器具、器械及びそのモジュールを有することが多く、こうして多数の設定及び機能を可能にする。実質上は顕微鏡の周囲又は上に取り付けられるこれらの器具及び器械は全て、空間的に相互に近接している。ユーザの側にかかる労力を軽減するためこの作業ステーションで取られる全ての手段は、効率を高め、このような作業ステーションでの生産性及び人間工学を向上させる。

これに関して、動作が効率的かつ快適である保持装置を用意することが特に望ましい。特に、このような保持装置が片手を使用して安全に操作されうることが望ましい。こうしてユーザは、片手を使用して保持装置を操作するのと同ときに、反対の手を使用して作業ステーションの他の構成要素、例えば顕微鏡を操作することができる。細胞の取り扱いを行う際に、典型的な手順は、毛細管ホルダの毛細管などのツールを、最初に数センチの範囲にわたって、培養液中の細胞を含む容器の付近の点まで移動させることを必要とし、これは概ね手作業で行われる。その後で初めて、電気マイクロマニピュレータにより、数十ナノメートルの正確さで毛細管が細胞まで案内される、及び／又は細胞へ押し込まれる。本発明において、多くの事例でユーザが目標点のより近くまで毛細管を手で動かすほどこの方法が効率的に実行されうることが分かっている。こうするため、ユーザは顕微鏡の下の目標点に対する毛細管の移動を観察し、必要であれば、片手を使用して顕微鏡の分解能を変えるか焦点を調節する。この状況で、作業手順を調整できるようにするには保持装置の快適な動作が重要である。

本発明により扱われる問題は、軸線に沿って延在する物品が確実に保持されるようにするものであって操作が快適である保持装置を利用可能とすることである。

本発明は、特に請求項１による保持装置によってこの問題を解決する。好適な主題は、特に従属請求項の主題である。

本発明の利点は、第１配置で保持装置に配置された物品の容易な移動が可能だということである。これは、第１配置において、第１にユーザにより動かされないときには物品が第１力により実際位置に保持され、第２に特に支承要素の位置に影響することなくこの位置でユーザにより軸線平行位置へ移動され得るように、締結機構が設計されるためである。第１配置に保持された物品を手で移動させる間にも軸線平行位置を維持することにより、移動後に、支承軸線に垂直な方向にユーザが物品を再調節する必要がないので、高度な生産性が得られる。特に、保持装置はこうして片手を使用して操作されうる。

また、物品は所望の目標位置に容易に固定されうる。加えて、ユーザは締結機構の第１配置及び第２配置を任意で設定できる。このようにして、保持装置は確実かつ快適に操作されうる。第１に、毛細管ホルダの手での移動が径方向トルクを伴わずに軸線のみに沿って手で行われ、第２に毛細管ホルダが所望の端部位置に固着されうる、特に軸方向連続可変の端部位置に正確に固定されうるという効率的かつ人間工学的な作業手順が達成される。

保持装置は好ましくは、電動構成要素を伴わない機械的装置である。こうして柔軟に使用されうる。しかし、電動構成要素を有することも可能であり、これは、電源、特にバッテリ又はパワーパック、及び／又はエネルギー供給及び／又は電気制御のためのケーブル機構を用意することを必要とする。

保持装置は好ましくは小型であり、実験用品への配置、特に取り付けに適している。実験用品は好ましくは顕微鏡、特に光学顕微鏡である。実験用品と保持装置との間には、好ましくは保持装置が移動可能に取り付けられる移動装置などの固定装置及び／又は支持装置が保持装置に設けられる。実験用品は、別の実験器具、実験設備、又は機械でもありうる。実験用品は、台、好ましくは実験作業台又は机でもありうる。

保持装置の質量は、好ましくは５００グラム未満、好ましくは２５０グラム未満、好ましくは１５０グラム未満、好ましくは１００グラム未満である。保持装置の体積は好ましくは６００ｃｍ３未満、好ましくは３００ｃｍ３未満、好ましくは１５０ｃｍ３未満であり、体積は、保持装置が完全に収まる最小の立方体として想定される。これらの手段により、保持装置は容易かつ効率的に、特に実験作業ステーションの補助機構として操作され、多くの空間を占めることなく周囲に溶け込む。

本体は、支承要素が移動可能又は移動不能に固定される構成要素である。支承要素は、単体として鋳造又はフライス加工される構成要素などとして、本体と一体的にも設計されうる。本体は好ましくは、移動機構のキャリッジなど実験用品に固定されうる固定手段を有する。固定手段は、固定の目的を果たす本体の一区分であって、内ネジなどを備える本体の少なくとも一つの凹部又は開口部、少なくとも一つの突出区分又は凹凸エリアであるか、ネジ、シャフトなどを備えるボルトやピンなどのように、本体に取り付けられる独立した構成要素でありうる。

本体は好ましくは支持要素を有し、少なくとも一つの軸線Ｒを中心に回転可能である、好ましくは正確に一つの軸線を中心に回転可能であるように、支承要素がこれに固定される。本体は、回転軸線Ｒを中心とする支持要素及び支承要素の相対回転を調節するための調節機構を有しうる。調節機構は好ましくはピンやボルトなどの回転軸要素を有し、これによって、回転軸要素の軸線Ｒを中心として支持要素及び回転要素が回転可能である。調節機構は固着機構、特にクランプ機構も有するため、支持要素に対して回転する支承要素は、所望の、好ましくは連続可変の相対位置に固着され、再び解除されうる。代替的に、回転角度を規定するため、別の固着機構が用意されうる。固着機構は好ましくは回転ホイールなどの作動要素を有し、これによりユーザは固着／解除を行うことができる。加えて、又は代替的に、特に機械的又は電気機械的に少なくとも一つの回転角度が変更されるための角度調節器も用意されうる。角度調節器は、例えば歯車、摩擦ギア、又はベルトギアを備える機械部品を有しうる。

軸線に沿って延在すると共に保持装置によって保持されうる物品は、特に、長さＬを持つ長形の物品であり、この物品は、少なくとも一つの方向、好ましくは軸線から垂直方向に離れて径方向と表される全ての方向において、軸線方向のものより小さい大きさＳを有し、この大きさＳは特に、軸線Ａに対して垂直に延びてこれと交差しない直径Ｓ＝Ｄ、エッジ長さＳ＝ａである。好ましくはＬ＜ｃ*Ｄであり、ｃは例えば２から１００の範囲の数である。軸線方向の少なくともいくつかのエリアでは、又は実質上はその全長にわたって、物品は好ましくは、軸線に垂直な一定の断面を有する。物品は好ましくは円筒形、特に中空の円筒の形であり、少なくともその一区分で、好ましくは長さＬの大部分にわたって保持される。しかし、異なる形状の断面、特に矩形、正方形、方形、多角形、又は楕円形も有しうる。

物品は、金属やプラスチック製など実質上は変形不能であるか、弾性材料製など変形可能でありうる。

物品は好ましくはツールホルダ、特に金属又はプラスチックの毛細管ホルダであり、その一端部はツール、特に毛細管を軸線方向に固定するための固定区分を有しうる、及び／又は、その他端部は管のための接続区分を有しうる。ツールホルダは好ましくは、例えば圧電素子を有することにより、ツールを移動させるように設計されたマイクロマニピュレータである。マイクロマニピュレータは好ましくは、ドイツ、ハンブルグのＥｐｐｅｎｄｏｒｆ ＡＧによりＰｉｅｚｏＸｐｅｒｔ（登録商標）として市販されているＰｉｅｚｏＸｐｅｒｔ（登録商標）アクチュエータである。

締結機構の第１配置において、物品が軸線平行位置で支承要素に圧力嵌めで固定されて、軸線に平行な方向の第１力Ｆ１により軸線平行位置で支承要素に保持されるようにユーザにより少なくとも第１又は第２配置に任意で設定されるように締結機構が設計され、第１力Ｆ１が超えられたときに、物品は特にユーザの手によってこの軸線平行位置で移動可能である。軸線に平行な方向の第１力Ｆ１は、圧力嵌め接続を解除するためにユーザが印加しなければならない分断力に相当する。この力は、ここでは圧力嵌め接続を行う静止摩擦力Ｆ１Ｒに相当する。

圧力嵌めとは、相互に接続される表面に垂直力が加えられるため、反力ＦＲ、ここでは静止摩擦により生じるＦ１Ｒ及びＦ２Ｒが超えられない限りはその相互移動が妨げられることを意味する。圧力嵌めの語は、摩擦嵌めの語と同義的に使用される。摩擦により装着される表面は、この事例では好ましくは物品及び支承要素の表面であり、特に圧力要素の表面でもある。

締結機構の第２配置では、物品が軸線平行位置で支承要素に固着される。これは好ましくは圧力嵌め接続により達成され、軸線に平行な方向の第２力Ｆ２によって物品が軸線平行位置に保持され、この第２力Ｆ２は第１力より大きく、この第２力Ｆ２では、固定された物品は軸線平行位置で特にユーザの手により移動されることができない。固定機構のこの第２配置では、第１力も発生させる同じ接続要素を介して、物品及び保持装置の圧力嵌め接続が好ましくは達成される。Ｆ２はＦ１より大きく、好ましくは少なくとも２５％、少なくとも５０％、又は少なくとも１００％大きい。Ｆ１は好ましくは０．３Ｎと１５Ｎとの間、好ましくは０．５ニュートン（Ｎ）と１０Ｎとの間、特に好ましくは０．５Ｎと５．０Ｎとの間である。Ｆ１の下限は、少なくとも、保持された物品が重力により保持装置から脱落しないように選択されるべきである。保持装置が物品を垂直方向に支承要素へ押圧する際の垂直力は、第１力が０．５Ｎと５．０Ｎの間であるときにはおよそ２．０Ｎから１０．０Ｎである。ここで、固着とは、軸線に平行な移動のために加えられる力がこの第２力より小さいときには、保持装置に固着された物品がユーザにより片手で解除されないことを意味する。Ｆ２は好ましくは２５Ｎより大きく、好ましくは５０Ｎより大きく、好ましくは１００Ｎより大きい。保持装置又は物品を破損しないように、Ｆ２は好ましくは２００Ｎ未満である。固定機構の第２配置での固着は、第２配置では保持装置への物品の接続が形状嵌めにより少なくとも部分的又は完全に得られるという事実によっても達成されうる。

パラメータ、特にＦ１及びＦ２についてこの説明で記載される全ての制限範囲の事例において、０．５Ｎ＜＝Ｆ１＜＝５．０Ｎなど、既に説明されていない場合には、制限範囲も記載の範囲に含まれるべきであるように好ましくは用意される。

力Ｆ１及び／又はＦ２は特に、軸線に平行な方向の引張力を測定する力センサにより測定されうる。代替的に、力Ｆ１及び／又はＦ２は特に、軸線に平行な方向の圧力を測定する力センサにより測定されうる。圧力センサは、引張力又は圧力が測定されうるばねばかりでありうる。

保持装置は好ましくは、少なくとも締結機構の第３配置において、支承軸線Ａに対して垂直な方向の移動により、物品が保持装置へ挿入されてこれから取り出されるように設計される。この移動は、支承軸線Ａに平行な成分も有しうる。この設計は、例えば一方の側と反対の側が保持装置を支持するための支持装置又は固定機構などの構成要素により塞がれているためにこの側のみからアクセス可能である時でも、保持装置の快適な操作を可能にする。しかし、支承軸線Ａに平行な方向の移動について、軸線平行位置に連続して設けられる軸線平行エリアのみが利用可能であるときには特に、少なくとも締結機構の第３配置において、物品がこの移動により保持装置へ挿入されてこれから取り出されることも可能かつ好適である。

物品が少なくとも締結機構の第３配置において、支承軸線に対して垂直な方向の移動により保持装置へ挿入されてこれから取り出されるように、保持装置が設計される。締結機構の第１配置で、支承軸線に対して垂直な方向の移動により物品が保持装置へ挿入されてこれから取り出されることも可能かつ好適である。この事例では、取り出しの間に、ユーザは特に、保持装置が物品を垂直に支承要素へ押圧する際の垂直力を超える。こうして、物品が軸方向の開口部から軸方向に嵌合する必要が特にないので、保持装置の扱いは容易かつ快適であるが、代替的実施形態でもこのように用意されうる。保持装置は好ましくは、支承軸線に垂直な実質上Ｕ字形又はつめ形の断面を有するため、挿入中には常に支承軸線に平行に配置されたままである場合でも、支承軸線に対する方向、特に径方向に物品が挿入されうる。

締結機構は好ましくは、保持機構に移動可能に取り付けられる圧力要素を有し、締結機構の第１配置及び第２配置において、物品は圧力要素により支承要素に押圧され、結果的に締結機構の圧力嵌め締結が得られる。圧力要素は好ましくはプレート形状の要素であり、好ましくはピン又はネジ付きボルトを収容するための一つ以上の開口部又は凹部を有する。

好ましくは連続可変の軸線位置に物品を手で保持するため、締結機構は好ましくはクランプ機構として設計される。締結機構は、好ましくはネジ付き機構又は偏心機構を有する。ネジ付き機構は、ネジ付き区分を備える回転ホイール要素の形で設けられ、ネジ付き区分は内ネジを備える円筒形の凹部又は外ネジを備えるボルト区分でありうる。ネジは好ましくは一条又は多条ネジ、好ましくは螺旋ネジである。しかし、締結機構は、少なくとも一つのバヨネット突起の限定的案内のための少なくとも一つのバヨネット溝を備えるバヨネット接続でもあり、これらは回転ホイールと、支承要素と回転ホイールとの間の接続要素とに相互整合状態で配置されうる。回転ホイール要素の手動回転により、第１及び／又は第２力が印加されうる。偏心機構は、偏心ディスクなどの偏心要素を有し、これらの手動回転により第１及び／又は第２力が印加されうる。

回転ホイール要素は好ましくは、接触面を介して第１及び／又は第２力を伝達するため、この面を介して物品又は圧力要素と接触するための接触区分を有する。好ましくは、内ネジが配置された第１収容空間を回転ホイールが有し、これは特に、ネジ機構に割り当てられる。第１収容空間は好ましくは、支承要素と回転ホイールとの間の接続要素、好ましくは、ネジにより支承要素に一端部で接続されると共に回転ホイールの内ネジのための外ネジを他端部に有するネジ付きピンを収容するのに役立つ。好ましくは、回転ホイールはバネ機構のバネ要素を収容する少なくとも一つの第２収容空間を有する。収容空間は、好ましくは接触面を有する側で回転ホイールの回転軸線に対して同軸に回転ホイールに設けられる円筒形の凹部又は開口部であると好ましい。第１及び第２収容空間は、特に回転軸線に対して回転対称で、相互に同軸に、また一体化するように設計されうる。接触面はまた、好ましくは回転軸線に対しても回転対称である。こうして軸線方向の力が発生され、その結果、接触面を介した力の印加は均一である。しかし、第１及び第２収容空間が分割壁により分離されてもよい。

バネ要素は好ましくは圧縮バネ、好ましくは螺旋バネであるが、寸法的な弾性及び／又は材料による弾性を備える別の要素でもありうる。

第１配置において、圧力要素は好ましくはバネ機構により弾性的に物品へ押圧されるため、圧力要素はバネ力の作用と反対に撓曲可能なままである。

好ましくは、圧力要素が第２配置では非弾性的に物品に押圧されるためバネ力の方向と反対に圧力要素が撓曲可能ではないようにも締結機構が設計される。圧力要素が第１配置では第１力Ｆ１により物品に弾性的に押圧されると共に、第２配置では第２力Ｆ２により物品に弾性的に押圧されて、Ｆ１＜Ｆ２であることも可能かつ好適である。

締結機構は好ましくは、締結機構の第１又は第２配置をユーザが任意で設定できるようにする作動要素を有し、作動要素は回転ノブ軸線を中心に回転可能な回転ノブである。回転ノブは好ましくは支承要素に取り付けられ、締結機構の第１配置で第１力を圧力要素に、ゆえに物品に伝達するバネ機構のための当接部として特に機能し、好ましくは締結機構の第２配置では、回転ノブの接触区分及びバネ機構により回転ノブが第２力Ｆ２を圧力要素に伝達して、この第２力Ｆ２が第１力Ｆ１より大きくて支承要素に物品を固着するように、回転ノブの接触区分がこの圧力要素と付加的に接触して圧力要素に押圧される。

締結機構は好ましくは、急速動作クランプ機構として設計され、ユーザは、回転ノブ軸線を中心として回転ノブを所定の回転角度α１だけ回すことにより、第１及び第２配置の間で変更を行うことができ、αはそれぞれ好適な角度範囲｛（５°＜＝α１＜＝３６０°）；（５°＜＝α１＜＝２７０°）；（５°＜＝α１＜＝４５°）；（５°＜＝α１＜＝９０°）；（９０°＜＝α１＜＝１３５°）；（１３５°＜＝α１＜＝１６５°）；（１４５°＜＝α１＜＝１９５°）；（１６５°＜＝α１＜＝１９５°）｝である。値α＝０度が割り当てられる締結機構の第２配置の角度設定に続いて、０．５°＜＝α１＜＝９０°の範囲又は上述の範囲の一つで回転ノブを回すことにより第１配置と第２配置との間の記載の変更が行われるように好ましくは用意される。ユーザは好ましくは、設定α１、特に回転ノブの半回転未満だけ回転ノブを回すことによりこの変更を行い、こうして急速動作手順を可能にする。締結機構の第２配置に続いて、物品が取り出し可能である第３配置が形成され、ゼロ設定に続いて好ましくは１８０°と３６０°との間にある角度α２まで回転ノブが順方向に回されるように、保持装置が好ましくは設計される。

締結機構は、クランプのための力が磁性により発生される磁性クランプ機構としても設計されうる。磁石要素と磁性要素との間に作用する磁力は特に、その距離と、これらを分離する材料の性質、特にその透磁性とに左右される。磁力を可変クランプ力として使用するために、磁石要素と磁性要素との間の距離が変更されるためのスペーサ機構が好ましくは用意される。磁石要素は例えば支承要素であり、磁性要素は圧力要素又は回転ホイールであり、これは第１及び第２配置で保持される物品と好ましくは接触する。このときに回転ホイールはスペーサ機構の構成部品であるため、これを回しても距離が変化する。こうして第２力より大きい距離で第１力が発生される。距離を連続的に変化させるため、スペーサ機構はネジ機構を有しうる。磁性又は着磁性要素（毛細管ホルダなど）を保持する二つの磁石要素を使用することも可能である。これら二つの第１磁石要素は、相互に磁界を増すように対応設計の保持装置で相互に対して移動され、その結果、第２配置が達成されるか、完全に（第３配置など）又は部分的に（第１配置など）相互に打ち消される。

保持される物品が保持エリアで磁性を備えるか磁石を有する場合には、これにより、非磁性である場合よりも他の設計可能性が得られる。この事例では、支承要素は永久磁石であるか、永久磁石を有する磁石要素を少なくとも有する。保持磁性要素又は磁石を有する要素はこの時、物品と接触するための支承要素の接触面と反対に位置する支承要素の側などで、物品が支承要素に押圧されず、代わりに誘引されるように、支承要素に配置されうる。この事例では、支承要素から保持要素までの距離が変更されるように、スペーサ機構が設計される。

好ましくは締結機構の第１及び第２配置で物品と接触する区分では少なくとも、支承要素、好ましくは圧力要素も、実質上は変形不能な材料、好ましくは金属又はプラスチック又はセラミックで製作される。こうして、これらの区分の間に保持されるときに物品の正確なポジショニングを可能にする。材料は磁性、特に強磁性を持つか、永久磁石でありうる。

支承要素は、好ましくは第１及び第２配置で、保持装置への物品の形状嵌め接続のために好ましくは部分的に設計される。支承要素は好ましくは、円筒形の物品との圧力要素の個別接触点が締結機構の第１配置及び第２配置に影響するのに充分であるように設計される。すなわち、支承要素は好ましくは、少なくとも三つの点、好ましくは四つの点で円筒形の物品を支持するように設計される。支承要素は好ましくは、軸線上に固着された状態で物品が保持されるための挿入溝や挿入通路、又はいくつかの溝区分、又はつめ区分を有する。このときに支承軸線は、溝方向に平行な溝又は通路の収容エリアに延びる。

非弾性材料で製作された挿入溝によるポジショニングを通して、このような材料で製作されてユーザにより挿入される物品が挿入溝により形成される明確規定の支承位置へ摺動するときに、特にバネ機構のバネ力によって支承位置へ押圧される場合に、音響信号つまりクリック音が発生される。音響フィードバックは同様に、保持装置の快適な操作を可能にする。

支承要素は好ましくは、物品の挿入のための軸線平行挿入溝を有し、圧力要素はこの事例ではプレート形状であって二つの両側プレート面を有し、第１及び第２配置では、一つのプレート面の接触エリアが物品と接触してこれを挿入溝へ押圧する。

本発明による操作装置と本発明による方法のさらに好適な構成は、図とその記載に関する例示的実施形態についての以下の説明から明らかになるだろう。例示的実施形態の同一の構成要素は、他に記される場合を除いて、又は文脈から他の意味が明らかである場合を除いて、原則として同一の参照符号により特定される。

本発明の例示的実施形態による保持装置の、図２のＳ線における断面図を示す。 図１の保持装置の側面図を示す。 図１の保持装置の斜視図を示す。 様々な器具と図１乃至３の保持装置とを有する細胞生物学作業ステーション１００を示す。

図１は、図２に示されたＳ線における保持装置１の断面を示す。保持装置１は、軸線に沿って延在すると共にこの事例ではマイクロマニピュレータ（不図示）の毛細管ホルダ２である物品２を保持するための急速動作クランプ機構である。保持装置１は、図のように支承軸線Ａに平行に延びると共に軸線平行位置で物品２が取り付けられる支承要素４を有する本体３，４を有し、物品の軸線と支承要素の支承軸線Ａとは平行に延びるか一致する。また、本体は支持要素３（図２、図３）を有し、支承要素４がこれに回転可能に取り付けられる。

支承要素は、軸線Ｒを中心に回転可能であるように支持要素に固定される。保持装置は、支持要素３と支承要素４との相対回転を調節するための調節機構１４を有する。調節機構は、支持要素と回転要素とが軸線Ｒを中心として回転可能となるようにするシャフト１４を有する。中央において、シャフト１４はギア（不図示）の一部としてのウォームを有し、端部では、ノブ１５のための収容部を有する。調節機構は角度調節器としても設計され、これにより、保持装置のギア装置（不図示）を介して少なくとも一つの回転角度が調節されうる。角度調節器１４，１５は、シャフト１４を中心に回って、支持要素と支承要素との間の回転角度をユーザが調節できるようにする回転ホイール１５を、作動要素として有する。

締結機構は、支承要素４と、圧力要素を形成する圧力プレート５と、作動要素として機能する回転ホイール６と、ネジ付きピン７と、バネ機構に属して圧縮バネとして作用する螺旋バネ８とを有する。

図１は、締結機構の第２配置を示す。回転ホイールの円筒形凹部１２に圧縮バネ８が配置され、この凹部１２は、圧縮バネ８により同軸に囲繞されるネジ付きピン７のための収容部に対して同軸である。最大の押圧力を付与するため、圧力プレートの面に向かって、圧縮バネは軸線Ｆの方向に圧力プレート５を均一に押圧し、Ｆは支承軸線Ａに垂直である。圧力プレートから離れる方向に上部に向かって、圧縮バネは、当接部として機能する回転ホイールに支持される。回転ホイールは、ネジ付きピン７を介して支承要素に接続される。軸線Ｆに沿った回転ホイール６の位置は、回転ホイールの回転のみを通して変化し、その結果、クランプ力は連続的に可変である。回転ホイールの下面１３と圧力プレート５との間、特に図の軸線Ｆの右側には、第１配置で小さな空隙１１が残るのに対して、軸線Ｆの左側では回転ホイールが圧力プレートと接触することで圧力プレートへ力を伝達するため、５０Ｎなどかなり高い力で圧力プレートが保持物品に押圧され、こうしてこれを支承要素に固着する。圧力プレート５への回転ホイール６の比較的非弾性的な押圧の結果、力Ｆ２は、ユーザの動作に応じて、実質上はＦ１より大きく、好ましくはＦ１よりも約１０から１００倍大きい。

ネジ付きピンは、支承要素４の開口部の内ネジと係合する下方外ネジ１６を有すると共に、回転ホイール６の凹部の内ネジと係合する上方外ネジ１７を有する。

締結機構の第２配置では、垂直力ＦＮ２が軸線Ｆと平行に加えられ、この力はこの角度位置では１００Ｎなどでありうる。この垂直力は、圧力プレート５と支承要素４との間に物品２をクランプして、発生された静止摩擦力に対応する力Ｆ２でこれを保持するためのクランプ力である。この第２力Ｆ２では、ユーザにより支承要素に対して物品が動かされることができない。対照的に第１配置では、ユーザの手により軸線平行位置で移動されるような方法で、物品が第１力により軸線平行位置で支承要素に力嵌めで固定される。

締結機構（不図示）の第１配置において、物品は、Ｆ１＝０．５Ｎなどの力でやはりユーザにより移動可能であるように、軸線平行位置で支承要素に保持される。回転ホイールの下面１３が圧縮バネ８と共に圧力プレート５を押圧することはもはやなく、代わりに圧縮バネ８のみがＦ１の力で圧力プレート５を押圧するように、図１の位置から始まる手動回転により、回転ホイールは支承要素からさらに離される。Ｆ１とＦ２の和は、回転ホイール６の回転角度を介してユーザにより確実に設定される。しかし、本発明による保持装置の特徴ゆえに、力Ｆ１及びＦ２は比較的低く抑えられるため、保持装置の快適な操作が可能となる。

締結機構は、急速動作クランプ機構として設計される。第１配置と第２配置との間での変更には、α１＝５°からα１＝９０°の回転ホイールの回転で充分である。このようにして、特に再把持を伴わずに、手で急速に変更が行われうる。

支承要素４は、その長手軸線又は図１の支承軸線Ａに対する断面で見ると円筒形の物品２が、支承要素４との二つの接触点２１，２２により、また圧力プレートとの第３接触点２３により、長手軸線に対する、又は支承軸線Ａに対する径方向全てで定位置に明確に固定されるような形状を持つ。力Ｆ１が作用する締結機構の第１配置では、物品は支承軸線Ａに平行な軸線方向に移動可能であり、支承軸線Ａを中心としてその支承部で回転可能である（図３参照）。そのため、毛細管ホルダ２に接続されて長手軸線Ａに平行に延在する毛細管が、手で回転されうる。こうして、毛細管開口部を有する毛細管の先端の、軸線Ａに対する径方向距離を変更することが可能である。これは、毛細管の先端がたいていは毛細管の長手軸線に対して完全には回転対称でないことによる。多くのタイプの毛細管は、毛細管の長手軸線から傾斜しており、長手軸線を中心として毛細管を回転させることにより方向が変更される端部を備える湾曲先端をも有しうる。そのため、軸線Ａを中心とする回転がこのように可能である結果として、付加的なポジショニングの可能性が毛細管について達成されうる。

図の例のように、支承要素は好ましくは保持装置への物品の部分的な形状嵌め接続のために設計される。この事例では、つめ部分２４及び支持部分２６によって、支承要素４はこれらの部分により形成される挿入溝２５での形状嵌めで物品２を保持するので、支承要素４はつめ形状であり、支承軸線Ａに対する断面で見たつめ部分は第１接触点２１を形成して、支持部分２６は第２接触点を形成する。締結機構の第１配置でも第２配置でも、物品は挿入溝２５に正確にポジショニングされ、圧力プレート５によって定位置に固定保持される。

また、保持装置の配置は、支承要素４の支承部分２４，２５，２６と物品２を支持する圧力プレート５とに対して、Ｕ字形又はつめ形状でもある。このＵ字形ゆえに、支承要素から圧力プレートまでの距離が充分に拡張されたときに物品２が挿入されて取り出されうる締結機構の第３配置では少なくとも、支承軸線Ａに対して垂直な方向の移動により物品が保持装置へ挿入されてこれから取り出されるように、保持装置が設計される。この事例において、第１配置でのこの距離と力Ｆ１とは、物品が取り出し可能であるようなものである。こうして、支承要素４と反対向きの支持要素３の側で、顕微鏡などの実験用品に固定するための取り付け機構へ保持装置が固定されたときには特に、保持装置の快適な操作を可能にする。支承要素、そして物品も、好ましくは非弾性材料で製作されるか、このような材料、好ましくはアルミニウムや鋼などの金属を有する。非弾性材料で製作された挿入溝によるポジショニングを通して、ユーザにより挿入されたこのような材料製の物品がバネ機構のバネ力によって、挿入溝により形成される明確規定の支承位置へ押圧されるときに、音響信号つまりクリック音が発生される。この音響フィードバックも同様に、保持装置の快適操作を可能にする。

図４は、様々な器具と保持装置１とを有する細胞生物学作業ステーション１００を示す。作業ステーションは、顕微鏡１０１と、電気制御システム１１１を備える毛細管ホルダ１０６として設計される圧電マイクロアクチュエータ１０６と、ケーブル機構１２１により接続されるジョイスティック及び移動機構１０を備える操作装置３１を有するマイクロポジショニング機構１０，３１とを包含し、この移動機構１０に、物品を保持するための保持装置１が移動可能に取り付けられて、移動機構の駆動により非常に正確に移動可能である。ここでの物品は、交換可能な毛細管１０７を備える毛細管ホルダ１０６である。移動機構１０の駆動装置は三段モータ（不図示）を有し、こうして、ユーザにより行われる位置ｘ，ｙ，ｚの変更に応じて、操作装置３１の出力信号により制御されるデカルト座標系の３本の軸線ｘ′，ｙ′，ｚ′に沿って保持装置１が移動可能である。操作装置は、ジョイスティックの撓曲によってｘ−ｙ平面の方向での移動を制御する。ジョイスティックレバーヘッドの回転ホイールを介して、特にｚ方向での制御も可能である。作業ステーションは、毛細管に液体を給送するためのマイクロポンプ装置、第２ジョイスティック機構など、別の器具も有しうる。器具は概して実験台１１０に配置される。台の下には、任意のペダル制御装置が配置されうる。

ＩＣＳＩの実施など典型的な用途において、この作業ステーションのユーザは、ここで倒立顕微鏡１０１の作業プレート１０２に、例えば細胞を含むペトリ皿を載置してから、キャリッジ１０３を介して手動可能な移動装置１０をペトリ皿の近くの箇所まで運び、そして特にペトリ皿に含まれる培養液に毛細管１０７が浸るまで、ペトリ皿の方向に毛細管ホルダ１０６を毛細管１０７と共に手で比較的急速に移動させる。保持装置の第１配置で毛細管ホルダが比較的低い第１力で支承要素に保持されて、毛細管ホルダがユーザにより片手で調節されうることが、ここでは大きな利点である。第１力は、ユーザが毛細管ホルダを放したときに重力に反して毛細管ホルダを保持するのに充分なほど強い。適当な分解能の顕微鏡では、手動でのポジショニングが比較的正確に実施されうる。顕微鏡の下で、ユーザは、細胞の方向に移動しつつある毛細管を観察する。支承要素への毛細管ホルダの正確な軸方向取り付けにより、常に毛細管ホルダの並進運動が軸線Ａに沿って正確に行われる。毛細管の先端が毛細管の軸線Ａの中央に配置されていないのであれば、ユーザは特に、軸線Ａに対する毛細管先端の別の配向を達成するように毛細管ホルダを回転させることができる。湾曲した先端を持つ毛細管の事例では特に、生産上の理由からこれが該当することが多い。手動方法の所望の端部位置で、ユーザは１８０°にわたる回転ノブ６の単純な回転運動により片手で毛細管ホルダを確実に固着することができるため、毛細管ホルダが第１力より大きい第２力により保持され、毛細管の安全で振動を生じないポジショニングと細胞の取り扱いとを可能にする。

手による毛細管ホルダの移動の後で、ジョイスティック及び移動機構によるモータ制御の正確なポジショニングが行われる。細胞の目標点から毛細管先端までの距離を観察するため、ユーザは片手で顕微鏡の焦点合わせホイール１０４を回し、毛細管先端と細胞との間の光学焦点を調節する。細胞の近傍では、ジョイスティックのわずかな行程により５０ｎｍから１５μｍの範囲の正確な制御が達成される。この用途では、作業ステーション及びその器具、特に保持装置１の操作が片手で、また直感的かつ快適な手法で行われると有利である。

１ 保持装置
２ 物品
３ 支持要素
４ 支承要素
５ 圧力プレート
６ 回転ホイール
７ ネジ付きピン
８ 圧縮バネ
１０ 移動機構
１１ 空隙
１２ 凹部
１３ 回転ホイール下面
１４ シャフト
１５ 回転ホイール／ノブ
１６ 下方外ネジ
１７ 上方外ネジ
２１ 第１接触点
２２ 第２接触点
２３ 接触エリア
２４ つめ部分
２５ 挿入溝
２６ 支持部分
３１ 操作装置
１００ 細胞生物学作業ステーション
１０１ 顕微鏡
１０２ 作業プレート
１０３ キャリッジ
１０４ 焦点合わせホイール
１０６ 毛細管ホルダ
１０７ 毛細管
１１０ 実験台
１１１ 電気制御システム
１２１ ケーブル機構

Claims (11)

1. 軸線に沿って延在する物品（２）を保持するための保持装置（１）であって、
   支承軸線に平行に延びるとともに、前記物品の軸線と支承要素の前記支承軸線（Ａ）とが平行に延びる軸線平行位置で前記物品（２）が取り付けられうる支承要素（４）と、
   ユーザにより少なくとも第１又は第２配置に任意で設定されうる締結機構（４，５，６，７，８）であって、
   前記締結機構の前記第１配置において、前記物品（２）が前記軸線平行位置で前記支承要素（４）に圧力嵌めで固定されうるため、前記軸線に平行な方向の第１力により前記物品が保持され、前記第１力が超えられたときに、前記軸線平行位置で前記物品がユーザの手により移動可能であるように、また、
   前記締結機構の前記第２配置において、前記軸線に平行な方向の移動に反して、前記物品（２）が前記軸線平行位置（Ａ）で前記支承要素に固着されうるように、
   設計される締結機構（４，５，６，７，８）と、
   を有する本体（３，４）を備え、
   少なくとも前記締結機構の第３配置において、前記支承軸線（Ａ）に対して垂直な方向の移動により前記物品（２）が前記保持装置（１）へ挿入されるように前記保持装置（１）が設計され、
   前記保持装置に移動可能に取り付けられる圧力要素（５）を前記締結機構が有し、前記締結機構の第１及び第２配置において、前記圧力要素（５）により前記物品が前記支承要素（４）に押圧され、結果的に前記締結機構の圧力嵌め締結が行われ、
   前記締結機構がバネ機構（８）を有し、前記バネ機構により、前記圧力要素（５）が前記第１配置で前記物品（２）へ弾性的に押圧されるため、前記圧力要素（５）が偏向可能なままであり、前記物品（２）が少なくとも前記軸線に垂直な方向での前記バネ力の作用に対してユーザによって依然として移動可能である、
   ことを特徴とする保持装置。
2. 前記物品が載置されうる軸線平行挿入溝（２５）を前記支承要素が有する、
   請求項１に記載の保持装置。
3. 前記圧力要素（５）が前記第２配置において前記物品に非弾性的に押圧されるように前記締結機構が設計されるため、前記圧力要素が前記バネ力と反対に撓曲可能である、
   請求項１に記載の保持装置。
4. 前記圧力要素がプレート形状であって二つの両側プレート面を有し、前記第１及び第２配置において、一つのプレート面の接触エリア（２３）が前記物品（２）との接触状態に置かれて、結果的に前記物品が前記挿入溝（２５）に押圧されうる、
   請求項１及び２又は請求項１，２及び３に記載の保持装置。
5. 前記締結機構の前記第１又は第２配置を前記ユーザが任意で設定できるようにする作動要素（６）を前記締結機構が有し、前記作動要素（６）が回転ノブ軸線（Ｆ）を中心として回転可能な回転ノブ（６）である、
   先行請求項の少なくとも一つに記載の保持装置。
6. 前記回転ノブ（６）が前記支承要素（４）に取り付けられ、前記締結機構の前記第１配置で第１力が前記圧力要素及び前記物品に伝達されるようにする前記バネ機構（８）のための当接部として機能し、
   前記締結機構の前記第２配置において、前記物品（２）が前記軸線と平行な方向の第２力により前記軸線平行位置（Ａ）で前記支承要素（４）に圧力嵌めで固定されて、前記第２力が前記第１力より大きく前記支承要素に前記物品が固着されるようにするものであり、前記回転ノブ（６）の接触区分（１３）によって前記軸線に垂直な力が前記回転ノブにより前記圧力要素へ伝達されて前記第２力が発生されるように前記接触区分が前記圧力要素（５）と接触して前記圧力要素に押圧されるので、前記軸線平行位置に取り付けられた物品がユーザの手により前記軸線と平行に移動可能でない、
   請求項５と先行請求項の少なくとも一つとに記載の保持装置。
7. 前記締結機構が急速動作クランプ機構として設計され、前記回転ノブ軸線を中心として前記回転ノブを所定の回転角度αだけ回すことにより、前記ユーザが前記第１及び第２配置の間の変更を行うことができ、αが角度範囲（１４５°＜＝α＜＝１９５°）から選択される、
   請求項６に記載の保持装置。
8. 前記支承要素（４）が回転可能に固定される支持要素（３）を前記本体が有する、
   先行請求項の少なくとも一つに記載の保持装置。
9. 請求項１乃至８の少なくとも一つに記載の保持装置と、実験用品、特に顕微鏡に前記保持装置を固定するための固定装置とを有する、
   ことを特徴とするマイクロマニピュレータの配置。
10. 生細胞の取り扱いにおける、請求項１乃至８の少なくとも一つに記載の保持装置と、請求項９に記載のマイクロマニピュレータの配置との使用。
11. 前記物品（２）は、マイクロマニピュレータの毛細管ホルダ（２）である、
    請求項１に記載の保持装置。

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