JP6528911B2 - マニピュレーションシステム - Google Patents

Description

本発明は、マニピュレーションシステムに関する。

バイオテクノロジ分野において、顕微鏡観察下で細胞や卵にＤＮＡ溶液や細胞を注入する等のように、微小対象物に微細な操作を行うマイクロマニピュレーションシステムが知られている。特許文献１には、細胞を吸引するマニピュレータを有する細胞採取装置が記載されている。また、特許文献２には、表面に複数の大きさのマイクロ容器を有する細胞培養容器が開示されている。

特開２０１３−１６９１８５号公報 特開２０１０−２００６７９号公報

液体を収容している容器内では、容器の内壁と液面との境界にメニスカスが生じる。また、ピペットの先端部を液体に浸漬するとピペットの表面と液面との境界にもメニスカスが生じる。このため、容器の上方に配置された顕微鏡を用いてオペレータがピペットの先端を観察するときに、顕微鏡の視野にメニスカスが入る可能性がある。メニスカスがピペットの先端と重なると、オペレータはピペットの先端を明瞭に観察することができず、マニピュレーションの操作性が低下する可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、操作性が高いマニピュレーションシステムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る管状器具は、微小対象物を採取するための管状器具であって、第１管部と、前記第１管部の一端に接続する第２管部と、前記第１管部の他端に接続する第３管部と、を有し、前記第３管部の長手方向は、前記第１管部の長手方向と交差し、かつ前記第２管部の長手方向に平行である。これによれば、第３管部を液体に浸漬したときに、第１管部の表面にメニスカスを生じさせることができる。

本発明の望ましい態様として、前記第３管部の長手方向の長さは、前記第１管部の長手方向の長さよりも短い。これによれば、微小対象物を収容する容器内に第３管部を配置することが容易である。

本発明の望ましい態様として、前記第１管部は、前記一端の側に位置する第１部位と、前記他端の側に位置する第２部位と、を有し、前記第２部位の外径は前記第１部位の外径よりも小さい。これによれば、液面と重なる位置に第２部位が配置されることによって、第１管部の表面に形成されるメニスカスを小さくすることができる。

本発明の一態様に係るマニピュレーションシステムは、上記した管状器具と、前記管状器具が取り付けられるマニピュレータと、前記微小対象物を収容するための容器が載置される試料ステージと、前記試料ステージの上方に配置された第１顕微鏡と、を備える。これによれば、オペレータは、第１顕微鏡を用いて第３管部を上方から拡大して観察することができる。

本発明の望ましい態様として、前記試料ステージの側方に配置された第２顕微鏡、をさらに備える。これによれば、オペレータは、第２顕微鏡を用いて第３管部を側方から拡大して観察することができる。

本発明の望ましい態様として、前記第１顕微鏡を介して前記第３管部を撮像する第１撮像装置と、前記第２顕微鏡を介して前記第３管部を撮像する第２撮像装置と、前記第１撮像装置により撮像される第１画像と、前記第２撮像装置により撮像される第２画像とを表示する表示部と、をさらに備える。これによれば、表示部は、第３管部を上方から拡大して示す第１画像と、第３管部を側方から拡大して示す第２画像とを表示することができる。

本発明の望ましい態様として、前記第１画像と前記第２画像とを撮像時刻に基づいて互いに関連付けて記憶する記憶部、をさらに備える。これによれば、表示部は、同時刻に撮像された第１画像と第２画像とを並べて再生表示することができる。

本発明の望ましい態様として、前記第１撮像装置が撮像する第１方向、及び、前記第２撮像装置が撮像する第２方向とそれぞれ交差する第３方向から前記試料ステージ側を撮像する第３撮像装置、をさらに備え、前記表示部は、前記第３撮像装置により撮像される第３画像を表示する。これによれば、表示部は、試料ステージの斜め上方向から試料ステージ側を撮像した第３画像を、第１画像及び第２画像と並べて表示することができる。第３画像から、試料ステージとその周辺を俯瞰することが容易となる。

本発明の一態様に係るマニピュレーションシステムは、管状器具を用いて微小対象物を採取するマニピュレーションシステムであって、前記管状器具が取り付けられるマニピュレータと、前記微小対象物を収容するための容器が載置される試料ステージと、前記試料ステージの上方に配置された第１顕微鏡と、前記第１顕微鏡を介して前記管状器具を撮像する第１撮像装置と、前記試料ステージの側方に配置された第２顕微鏡と、前記第２顕微鏡を介して前記管状器具を撮像する第２撮像装置と、前記第１撮像装置により撮像される第１画像と、前記第２撮像装置により撮像される第２画像とを表示する表示部と、を備える。これによれば、表示部は、第３管部を上方及び側方からそれぞれ拡大して表示することができるので、オペレータはピペットの先端を明瞭に観察することができる。

本発明によれば、操作性が高い管状器具及びマニピュレーションシステムを提供することができる。

図１は、実施形態に係るマニピュレーションシステムの構成例を示す斜視図である。 図２は、実施形態に係るマニピュレーションシステムの構成例を示す模式図である。 図３は、実施形態に係るマニピュレーションシステムの構成例を示すブロック図である。 図４は、記憶部の構成例を示すブロック図である。 図５は、表示部の画面に表示される画像の一例を示す図である。 図６は、実施形態に係る採取用ピペットの構成例を示す側面図である。 図７は、実施形態に係る採取用ピペットの構成例を示す平面図である。 図８は、実施形態に係る採取用ピペットの第３管部を拡大して示す図である。 図９は、第１顕微鏡の視野と、採取用ピペットと、メニスカスとの位置関係を示す模式図である。 図１０は、実施形態に係るマニピュレーションシステムの動作例を示す模式図である。 図１１は、実施形態に係るマニピュレーションシステムの動作例を示す模式図である。

以下、発明を実施するための形態（以下、実施形態という）につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

図１は、実施形態に係るマニピュレーションシステムの構成例を示す斜視図である。図２は、実施形態に係るマニピュレーションシステムの構成例を示す模式図である。図１及び図２に示すマニピュレーションシステム１００は、容器３８に収容された複数個の微小対象物のうちから、所望の微小対象物を１個ずつ分取する装置である。微小対象物は、例えば細胞である。

図１及び図２に示すように、マニピュレーションシステム１００は、基台１と、採取用ピペット１０と、ピペット保持部１５と、マニピュレータ２０と、試料ステージ３０と、第１撮像装置４５を有する第１顕微鏡ユニット４０と、コントローラ５０と、第２撮像装置６５を有する第２顕微鏡ユニット６０と、第３撮像装置７５と、ジョイスティック５７と、入力部５８と、表示部８０と、を備える。なお、本実施形態では、試料ステージ３０の載置面３０ａに平行な一方向をＸ軸方向とする。載置面３０ａに平行で、かつ、Ｘ軸方向と直交する方向をＹ軸方向とする。載置面３０ａの法線方向をＺ軸方向とする。載置面３０ａは、基台１に平行な水平面である。

採取用ピペット１０は、細胞を採取するための管状器具である。例えば、採取用ピペット１０は針状であり、その材質はガラスである。採取用ピペット１０の先端には、細胞を採取するための開口部が設けられている。採取用ピペット１０の詳細は、後で図６から図８を参照しながら説明する。

ピペット保持部１５は、採取用ピペット１０を保持するための管状器具である。ピペット保持部１５の材質、例えばガラス又は金属である。ピペット保持部１５の一端は、採取用ピペット１０に連結している。また、ピペット保持部１５の他端は、マニピュレータ２０が有する電動マイクロポンプ２９に接続されている。ピペット保持部１５及び採取用ピペット１０の内部圧力は、電動マイクロポンプ２９から供給される圧力Ｐにより減圧又は増圧される。採取用ピペット１０の内部圧力が常圧よりも低いとき、採取用ピペット１０は先端の開口部から細胞を吸引して採取することができる。ピペット保持部１５は、後述の連結部２８を介してマニピュレータ２０に連結されている。

マニピュレータ２０は、ピペット保持部１５及び採取用ピペット１０をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動させるための装置である。また、マニピュレータ２０は、第１顕微鏡ユニット４０をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動させるための装置でもある。マニピュレータ２０は、固定具２を介して基台１に固定されている。

マニピュレータ２０は、Ｘ軸テーブル２１と、Ｙ軸テーブル２２と、Ｚ軸テーブル２３と、駆動装置２６、２７と、連結部２８、７１と、電動マイクロポンプ２９と、を備える。Ｘ軸テーブル２１は、駆動装置２６が駆動することによって、Ｘ軸方向に移動する。Ｙ軸テーブル２２は、駆動装置２６が駆動することによって、Ｙ軸方向に移動する。Ｚ軸テーブル２３は、駆動装置２７が駆動することによって、Ｚ軸方向に移動する。駆動装置２６、２７と、電動マイクロポンプ２９は、コントローラ５０に接続されている。

連結部２８は、ピペット保持部１５をマニピュレータ２０に連結している。また、連結部７１は、第１顕微鏡ユニット４０の鏡筒４１１をマニピュレータ２０に連結している。連結部２８、７１は、例えば金属製である。連結部２８、７１は、例えばＺ軸テーブル２３に取り付けられている。これにより、ピペット保持部１５及び第１顕微鏡ユニット４０は、Ｚ軸テーブル２３の移動に従って、Ｚ軸テーブル２３と同じ距離だけＺ軸方向に移動することができる。

また、マニピュレータ２０において、Ｚ軸テーブル２３はＹ軸テーブル２２上に取り付けられている。これにより、ピペット保持部１５及び第１顕微鏡ユニット４０は、Ｙ軸テーブル２２の移動に従って、Ｙ軸テーブル２２と同じ距離だけＹ軸方向に移動することができる。さらに、Ｙ軸テーブル２２はＸ軸テーブル２１上に取り付けられている。これにより、ピペット保持部１５及び第１顕微鏡ユニット４０は、Ｘ軸テーブル２１の移動に従って、Ｘ軸テーブル２１と同じ距離だけＸ軸方向に移動することができる。このように、ピペット保持部１５及び第１顕微鏡ユニット４０は、マニピュレータ２０の動作に従って、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動することができる。

試料ステージ３０は、容器３８を支持する。例えば、試料ステージ３０の載置面３０ａに容器３８が載置される。容器３８は、例えば、シャーレ又はディッシュである。試料ステージ３０は、Ｘ軸ステージ３１と、Ｙ軸ステージ３２と、駆動装置３６と、を備える。Ｘ軸ステージ３１は、駆動装置３６が駆動することによって、Ｘ軸方向に移動する。Ｙ軸ステージ３２は、駆動装置３６が駆動することによって、Ｙ軸方向に移動する。Ｘ軸ステージ３１はＹ軸ステージ３２上に取り付けられている。駆動装置３６は、コントローラ５０に接続されている。

なお、図２では、試料ステージ３０の平面視による形状（以下、平面形状）が円形の場合を示しているが、試料ステージ３０の平面形状は円形に限定されず、例えば矩形でもよい。また、図２では、容器３８の平面形状が円形の場合を示しているが、容器３８の平面形状は円形に限定されず、例えば矩形でもよい。さらに、図２では、試料ステージ３０上に１個の容器３８が載置されている場合を示しているが、試料ステージ３０上に載置される容器３８の数は１個に限定されず複数個でもよい。

第１顕微鏡ユニット４０は、試料ステージ３０の上方に配置されている。第１顕微鏡ユニット４０は、第１顕微鏡４１と、第１撮像装置４５と、試料ステージ３０の載置面３０ａに向けて光を照射する光源（図示せず）とを有する。第１顕微鏡４１は、鏡筒４１１と、対物レンズ４１２と、接眼レンズ４１３と、駆動装置４１４とを有する。第１顕微鏡４１は、対物レンズ４１２が容器３８の上方に位置する実体顕微鏡である。対物レンズ４１２は、駆動装置４１４が駆動することによって、Ｚ軸方向に移動する。これにより、第１顕微鏡４１は、焦点位置を調節することができる。対物レンズ４１２は、所望の倍率に合わせて複数種類が用意されていてもよい。また、第１撮像装置４５は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ又はＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像素子を有する。第１撮像装置４５は、第１顕微鏡４１を介して、採取用ピペット１０の先端をＺ軸方向から撮像することができる。

第２顕微鏡ユニット６０は、試料ステージ３０の側方に配置されている。第２顕微鏡ユニット６０は、第２顕微鏡６１と、第２撮像装置６５とを有する。第２顕微鏡６１は、鏡筒６１１と、対物レンズ６１２とを有する。第２撮像装置６５は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ又はＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像素子を有する。第２撮像装置６５は、第２顕微鏡６１を介して、採取用ピペット１０の先端をＹ軸方向から撮像することができる。第２顕微鏡ユニット６０は、固定具３を介して基台１に固定されている。

第３撮像装置７５は、固定具４を介して基台１に固定されている。固定具４は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に動くことができ、Ｚ軸方向に延伸することができる。これにより、第３撮像装置７５は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向とそれぞれ交差する、試料ステージ３０の斜め上方向から、試料ステージ３０側を撮像することができる。

入力部５８は、キーボードやタッチパネル等である。ジョイスティック５７及び入力部５８は、コントローラ５０に接続されている。オペレータは、ジョイスティック５７及び入力部５８を介して、コントローラ５０にコマンドを入力することができる。

次に、コントローラ５０の機能について、図３を参照して説明する。図３は、実施形態に係るマニピュレーションシステムの構成例を示すブロック図である。コントローラ５０は、演算手段としてのＣＰＵ（中央演算処理装置）及び記憶手段としてのハードディスク、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等のハードウェア資源を備える。

図３に示すように、コントローラ５０は、その機能として、画像入力部５１、画像処理部５２、画像出力部５３、位置検出部５４及び制御部５５と、記憶部５６とを有する。画像入力部５１、画像処理部５２、画像出力部５３、位置検出部５４及び制御部５５は、上記の演算手段により実現される。記憶部５６は、上記の記憶手段により実現される。コントローラ５０は、記憶部５６に格納されたプログラムに基づいて各種の演算を行い、演算結果に従って制御部５５が各種の制御を行うように駆動信号を出力する。

制御部５５は、第１顕微鏡ユニット４０の駆動装置４１４と、マニピュレータ２０の駆動装置２６、２７及び電動マイクロポンプ２９と、試料ステージ３０の駆動装置３６と、第２顕微鏡ユニット６０の駆動装置６３とを制御する。制御部５５は、駆動装置４１４、２６、２７、３６、６３に駆動信号Ｖｚ１、Ｖｘｙ２、Ｖｚ２、Ｖｘｙ３、Ｖｙ４（図２参照）をそれぞれ供給する。また、制御部５５は、電動マイクロポンプ２９に駆動信号Ｖｍｐ（図２参照）を供給する。なお、制御部５５は、必要に応じて設けられたドライバやアンプ等を介して、駆動信号Ｖｚ１、Ｖｘｙ２、Ｖｚ２、Ｖｘｙ３、Ｖｙ４、Ｖｍｐをそれぞれ供給してもよい。

第１撮像装置４５から出力される第１画像信号Ｖｐｉｘ１（図２参照）と、第２撮像装置６５から出力される第２画像信号Ｖｐｉｘ２（図２参照）と、第３撮像装置７５から出力される第３画像信号Ｖｐｉｘ３（図２参照）は、画像入力部５１にそれぞれ入力される。画像処理部５２は、画像入力部５１から第１画像信号Ｖｐｉｘ１、第２画像信号Ｖｐｉｘ２、第３画像信号Ｖｐｉｘ３を受け取って、画像処理を行う。画像出力部５３は、画像処理部５２で画像処理された画像情報を記憶部５６及び表示部８０へ出力する。

例えば、第１画像信号Ｖｐｉｘ１には、第１顕微鏡４１を通して第１撮像装置４５が撮像した第１画像と、その撮像時刻とが含まれている。第１画像は動画である。同様に、第２画像信号Ｖｐｉｘ２には、第２顕微鏡６１を通して第２撮像装置６５が撮像した第２画像と、その撮像時刻とが含まれている。第２画像も動画である。第３画像信号Ｖｐｉｘ３には、第３撮像装置７５が撮像した第３画像と、その撮像時刻とが含まれている。第３画像も動画である。

画像処理部５２は、第１画像信号Ｖｐｉｘ１、第２画像信号Ｖｐｉｘ２、第３画像信号Ｖｐｉｘ３を、撮像時刻に基づいて互いに関連付けして、編集画像信号Ｖｐｉｘ４を生成する。編集画像信号Ｖｐｉｘ４には、編集画像が含まれている。編集画像は、互いに同じ時刻に撮像された第１画像、第２画像及び第３画像を並べて表示する動画である。画像出力部５３は、第１画像信号Ｖｐｉｘ１、第２画像信号Ｖｐｉｘ２、第３画像信号Ｖｐｉｘ３及び編集画像信号Ｖｐｉｘ４を記憶部５６に出力する。

図４は、記憶部の構成例を示すブロック図である。図４に示すように、記憶部５６は、その機能として、マニピュレーションシステム１００を動作させるためのプログラムを記憶したプログラム記憶部５６ａと、画像信号を記憶する画像記憶部５６ｂとを有する。画像記憶部５６ｂは、第１画像信号Ｖｐｉｘ１を記憶する第１画像記憶部５６１と、第２画像信号Ｖｐｉｘ２を記憶する第２画像記憶部５６２と、第３画像信号Ｖｐｉｘ３を記憶する第３画像記憶部５６３と、編集画像信号Ｖｐｉｘ４を記憶する編集画像記憶部５６４と、を有する。

また、画像出力部５３は、第１画像信号Ｖｐｉｘ１、第２画像信号Ｖｐｉｘ２、第３画像信号Ｖｐｉｘ３及び編集画像信号Ｖｐｉｘ４のうち、少なくとも１つ以上の画像信号を表示部８０に出力する。例えば、オペレータがジョイスティック５７を操作することによって、ジョイスティック５７からコントローラ５０に制御信号Ｖｓｉｇ１が出力される。
画像出力部５３は、コントローラ５０に入力された制御信号Ｖｓｉｇ１に従って、表示部８０に出力する画像信号を選択して表示部８０に出力する。または、オペレータが入力部５８を操作することによって、入力部５８からコントローラ５０に制御信号Ｖｓｉｇ２が出力されてもよい。画像出力部５３は、コントローラ５０に入力された制御信号Ｖｓｉｇ２に従って、表示部８０に出力する画像信号を選択して表示部８０に出力してもよい。

位置検出部５４は、画像処理部５２から画像情報を受け取り、受け取った画像情報に基づいて、細胞の位置を検出することができる。位置検出部５４が細胞の位置を検出した場合、位置検出部５４はその検出結果を画像情報に反映させることができる。例えば、位置検出部５４が細胞の位置を検出した場合、画像処理部５２は細胞の位置を矢印で示すように、画像情報を編集してもよい。

表示部８０は、例えば液晶パネル等である。表示部８０は、コントローラ５０に接続されている。図５は、表示部の画面の一例を示す図である。図５は、表示部８０の画面８１に編集画像が表示されている場合を例示している。編集画像では、互いに同じタイミングで撮像された第１画像８１１、第２画像８１２、第３画像８１３が並んで配置されている。表示部８０は、編集画像をリアルタイム又はほぼリアルタイムで表示してもよいし、編集画像記憶部５６４に記憶されている編集画像を読み出して再生表示してもよい。オペレータがジョイスティック５７又は入力部５８を操作することによって、画面８１に表示される画像を切り替えることが可能である。また、オペレータがジョイスティック５７又は入力部５８を操作することによって、画面８１に表示される編集画像（動画）を一時停止することが可能である。なお、画面８１に表示される画像は、編集画像に限定されることはなく、第１画像８１１、第２画像８１２又は第３画像８１３のみでもよい。

図６は、実施形態に係る採取用ピペットの構成例を示す側面図である。図７は、実施形態に係る採取用ピペットの構成例を示す平面図である。図６及び図７に示すように、採取用ピペット１０は、２段に屈曲した形状のガラス針である。具体的には、採取用ピペット１０は、第１管部１０１と、第１管部１０１の一端に接続する第２管部１０２と、第１管部１０１の他端に接続する第３管部１０３と、を有する。第２管部１０２は、ピペット保持部１５によって保持される側の部位である。第３管部１０３は、採取用ピペット１０の先端部であり、細胞等の微小対象物を採取する側の部位である。第１管部１０１、第２管部１０２及び第３管部１０３は、それぞれ一方向に向かって直線状に延設されている。

第１管部１０１と第２管部１０２との間には第１屈曲部１０４が存在する。第１管部１０１と第３管部１０３との間には第２屈曲部１０５が存在する。第１管部１０１の長手方向と第２管部１０２の長手方向は互いに交差している。第１管部１０１の長手方向と第３管部１０３の長手方向も互いに交差している。第２管部１０２の長手方向と第３管部１０３の長手方向は互いに平行又はほぼ平行である。例えば、第１管部１０１の長手方向と第２管部１０２の長手方向とが成す鈍角の角度（以下、第１屈曲部１０４の屈曲角度）をθ１とする。第１管部１０１の長手方向と第３管部１０３の長手方向とが成す鈍角の角度（以下、第２屈曲部１０５の屈曲角度）をθ２とする。第１屈曲部１０４の屈曲角度θ１と第２屈曲部１０５の屈曲角度θ２との差の絶対値｜θ１−θ２｜は、０°以上５°未満である。

また、第１管部１０１の長手方向の長さをＬ１とし、第２管部１０２の長手方向の長さをＬ２とし、第３管部１０３の長手方向の長さをＬ３としたとき、Ｌ３＜Ｌ１、かつ、Ｌ３＜Ｌ２である。これによれば、採取用ピペット１０の先端部である第３管部１０３を容器３８内に配置することが容易である。

第１管部１０１を、第１管部１０１の長手方向と直交する平面で切断した形状は円形である。同様に、第２管部１０２を、第２管部１０２の長手方向と直交する平面で切断した形状は円形である。第３管部１０３を、第３管部１０３の長手方向と直交する平面で切断した形状は円形である。第２管部１０２の外径をφ２１とし、第３管部１０３の外径をφ３１としたとき、φ２１＞φ３１である。また、第１管部の外径φ１１は、第１屈曲部１０４の側から第２屈曲部１０５の側に向かって小さくなっている。

例えば、第１管部１０１は、第１屈曲部１０４と第２屈曲部１０５との間に、外径が大きく変化する狭窄部１０６を有する。第１管部１０１において、狭窄部１０６と第１屈曲部１０４との間に位置する第１部位１０１ａよりも、狭窄部１０６と第２屈曲部１０５との間に位置する第２部位１０１ｂの方が、外径φ１１が小さい。第３管部１０３が液体３９（図９参照）に浸漬されるとき、液面と重なる位置には第２部位１０１ｂが配置される。これにより、液面と重なる位置に第１部位１０１ａが配置される場合と比べて、メニスカス３９ｍを小さくすることができる。

第２管部１０２の内径をφ２２とし、第３管部１０３の内径をφ３２としたとき、φ２２＞φ３２である。また、第１管部１０１の内径をφ１２は、第１屈曲部１０４の側から第２屈曲部１０５の側に向かって小さくなっている。第１管部１０１において、第１部位１０１ａよりも第２部位１０１ｂの方が、内径φ１２が小さい。

図８は、実施形態に係る採取用ピペットの第３管部を拡大して示す図である。図８に示すように、第３管部１０３の先端には開口部１０３ａが設けられている。開口部１０３ａと第２屈曲部１０５との間で、第３管部１０３の内径φ３２の大きさはほぼ一定である。採取用ピペット１０の採取対象である細胞ｃｅの直径をφｃｅとしたとき、φ３２はφｃｅよりも数μｍ程度大きいことが好ましい。これにより、採取用ピペット１０は、細胞ｃｅを第３管部１０３の内側に導入することができる。

採取用ピペット１０において、屈曲角度θ１、θ２の大きさと、第１屈曲部１０４及び第２屈曲部１０５の形成位置は、マニピュレーションシステム１００が細胞ｃｅを採取する際に第３管部１０３が容器３８（図２）の中央に位置することができるように、それぞれ設計されていることが好ましい。

図９は、第１顕微鏡の視野と、採取用ピペットと、メニスカスとの位置関係を示す模式図である。図９に示すように、容器３８が液体３９を収容すると、容器３８の内壁面３８ａと液面との境界にメニスカス３９ｍが生じる。また、容器３８内に採取用ピペット１０が配置されると、採取用ピペット１０の表面１０ａと液面との境界にもメニスカス３９ｍが生じる。メニスカス３９ｍは、容器３８の内壁面３８ａや採取用ピペット１０の表面１０ａに沿って湾曲して形成される。

マニピュレーションシステム１００は、採取用ピペット１０の先端部である第３管部１０３を容器３８の底面３８ｂに平行にした状態で、第３管部１０３全体を液体３９に浸漬することができる。この場合、メニスカス３９ｍは、第３管部１０３の表面ではなく、第３管部１０３から離れた第２部位１０１ｂの表面に生じる。これにより、第１顕微鏡４１の視野４１ａにメニスカス３９ｍが入らないようにすることができ、オペレータは採取用ピペット１０の先端を明瞭に観察することができる。第１顕微鏡４１の視野にメニスカス３９ｍが入らないため、例えば、第１顕微鏡４１の焦点を第３管部１０３に合わせることが容易となる。

次に、マニピュレーションシステムの動作例について説明する。図１０及び図１１は、実施形態に係るマニピュレーションシステムの動作例を示す模式図である。図１０及び図１１に示すように、本動作例では、容器３８として、第１容器３８Ａ及び第２容器３８Ｂが試料ステージ３０の載置面３０ａにそれぞれ載置されている場合を想定する。マニピュレーションシステム１００が、第１容器３８Ａから第２容器３８Ｂに細胞ｃｅを分取する場合について説明する。なお、図１０及び図１１では、細胞ｃｅの直径が採取用ピペット１０の外径よりも大きく記載されているが、これは細胞ｃｅを明示するためである。実際には、細胞ｃｅの直径φｃｅは、採取用ピペット１０の内径φ３２よりも小さいことが好ましい（図８参照）。

図１０のステップＳＴ１において、採取用ピペット１０は、ピペット保持部１５を介してマニピュレータ２０に取り付けられている。採取用ピペット１０の第３管部１０３は、第１顕微鏡４１の対物レンズ４１２の直下に配置されている。また、採取用ピペット１０の第３管部１０３の長手方向は、載置面３０ａと平行となっている。ステップＳＴ１において、第１容器３８Ａは液体３９と複数個の細胞ｃｅとを収容している。第２容器３８Ｂは液体３９のみを収容している。

上記の状態で、マニピュレーションシステム１００は、第１顕微鏡４１の焦点を採取用ピペット１０の第３管部１０３に合わせる。例えば、オペレータはジョイスティック５７又は入力部５８（図２参照）を操作して、コントローラ５０（図２参照）に第１顕微鏡ユニット４０の初期設定を行うよう指示する。この指示を受けて、コントローラ５０は、駆動装置４１４に駆動信号Ｖｚ１（図２参照）を送信して、対物レンズ４１２をＺ軸方向に動かす。これにより、第１顕微鏡ユニット４０は、第１顕微鏡４１の焦点を第３管部１０３に合わせる。

次に、マニピュレーションシステム１００は、採取用ピペット１０を第１容器３８Ａの底面に向けて下降させ、第３管部１０３の先端で細胞ｃｅを採取する（ステップＳＴ２）。例えば、オペレータは、表示部８０に表示される画像を見ながら、第１容器３８Ａに収容されている複数個の細胞ｃｅの中から、所望の細胞ｃｅを選択する。次に、オペレータは、ジョイスティック５７又は入力部５８を操作して、採取用ピペット１０を第１容器３８Ａの底面に向けて下降させ、また必要に応じて採取用ピペット１０を水平方向に移動させる。これにより、オペレータは、第３管部１０３の先端を所望の細胞ｃｅに隣接させる。採取用ピペット１０の移動は、コントローラ５０がマニピュレータ２０の駆動装置２６、２７に駆動信号Ｖｘｙ２、Ｖｚ２（図２参照）を送信することで実現される。

次に、オペレータは、ジョイスティック５７又は入力部５８を操作して、採取用ピペット１０に所望の細胞ｃｅを吸引させる。細胞ｃｅの吸引は、コントローラ５０がマニピュレータ２０の電動マイクロポンプ２９に駆動信号Ｖｍｐ（図２参照）を送信して電動マイクロポンプ２９を駆動させ、採取用ピペット１０の内部圧力を採取用ピペット１０の外部圧力よりも低くすることで実現される。採取用ピペット１０の内部圧力が外部圧力よりも低くなると、第３管部１０３の先端に設けられた開口部１０３ａ（図８参照）を介して、所望の細胞ｃｅが液体３９と共に採取用ピペット１０の内部に吸引される。

次に、マニピュレーションシステム１００は、採取用ピペット１０を上昇させ、第３管部１０３を第１容器３８Ａの外側へ移動させる（ステップＳＴ３）。例えば、オペレータは、表示部８０に表示される画像を見ながら、ジョイスティック５７又は入力部５８を操作して、採取用ピペット１０を予め設定された位置まで上昇させる。採取用ピペット１０の上昇は、コントローラ５０がマニピュレータ２０の駆動装置２７に駆動信号Ｖｚ２を送信することで実現される。なお、ステップＳＴ３では、第３管部１０３先端の開口部１０３ａから液体３９や細胞ｃｅが流出しないように、電動マイクロポンプ２９が採取用ピペット１０の内部を減圧し続けてもよい。

次に、マニピュレーションシステム１００は、採取用ピペット１０を第１容器３８Ａの上方から第２容器３８Ｂの上方へ移動させる（ステップＳＴ４）。例えば、オペレータは、表示部８０に表示される画像を見ながら、ジョイスティック５７又は入力部５８を操作して、試料ステージ３０を水平方向に移動させる。これにより、オペレータは、第３管部１０３の直下に第２容器３８Ｂを配置する。試料ステージ３０の移動は、コントローラ５０が試料ステージ３０の駆動装置３６に駆動信号Ｖｘｙ３（図２参照）を送信することで実現される。

次に、マニピュレーションシステム１００は、採取用ピペット１０を第２容器３８Ｂの底面に向けて下降させ、第３管部１０３を第２容器３８Ｂの内側に移動させる。そして、マニピュレーションシステム１００は、採取用ピペット１０の内部に保持していた細胞ｃｅを、第２容器３８Ｂの内側に放出する（ステップＳＴ５）。例えば、オペレータは、表示部８０に表示される画像を見ながら、ジョイスティック５７又は入力部５８を操作して、採取用ピペット１０を第２容器３８Ｂの底面に向けて下降させ、また必要に応じて水平方向に移動させる。これにより、オペレータは、第３管部１０３を第２容器３８Ｂの内側に移動させる。採取用ピペット１０の移動は、コントローラ５０がマニピュレータ２０の駆動装置２６、２７に駆動信号Ｖｘｙ２、Ｖｚ２を送信することで実現される。

次に、オペレータは、ジョイスティック５７又は入力部５８を操作して、採取用ピペットから細胞ｃｅを放出させる。細胞ｃｅの放出は、コントローラ５０がマニピュレータ２０の電動マイクロポンプ２９に駆動信号Ｖｍｐを送信して電動マイクロポンプ２９を駆動させ、採取用ピペット１０の内部圧力を採取用ピペット１０の外部圧力よりも高くすることで実現される。採取用ピペット１０の内部圧力が外部圧力よりも高くなると、第３管部１０３の先端に設けられた開口部１０３ａ（図８参照）を介して、細胞ｃｅが液体３９と共に採取用ピペット１０の内部から放出される。なお、ステップＳＴ５では、第３管部１０３が第２容器３８Ｂの内側に到達する直前まで、電動マイクロポンプ２９が採取用ピペット１０の内部圧力を減圧し続けてもよい。

次に、マニピュレーションシステム１００は、採取用ピペット１０を上昇させ、第３管部１０３を第２容器３８Ｂの外側へ移動させる（ステップＳＴ６）。例えば、オペレータは、表示部８０に表示される画像を見ながら、ジョイスティック５７又は入力部５８を操作して、採取用ピペット１０を予め設定された位置まで上昇させる。採取用ピペット１０の上昇は、コントローラ５０がマニピュレータ２０の駆動装置２７に駆動信号Ｖｚ２を送信することで実現される。

以上説明したように、本実施形態の採取用ピペット１０は、第１管部１０１と、第１管部１０１の一端に接続する第２管部１０２と、第１管部１０１の他端に接続する第３管部１０３と、を有する。第３管部１０３の長手方向は、第１管部１０１の長手方向と交差し、かつ 第２管部１０２の長手方向に平行である。これによれば、第３管部１０３を液体３９に浸漬したときに、第１管部１０１の表面にメニスカス３９ｍを生じさせることができ、メニスカス３９ｍを第３管部１０３から遠ざけることができる。このため、第１顕微鏡４１の視野４１ａにメニスカス３９ｍが入らないようにすることができ、オペレータは採取用ピペット１０の先端を明瞭に観察することができる。したがって、本実施形態は、操作性が高い管状器具を提供することができる。

本実施形態のマニピュレーションシステム１００は、上記の採取用ピペット１０と、採取用ピペット１０が取り付けられるマニピュレータ２０と、細胞ｃｅを収容するための容器３８が載置される試料ステージ３０と、試料ステージ３０の上方に配置された第１顕微鏡４１と、試料ステージ３０の側方に配置された第２顕微鏡６１とを備える。これによれば、オペレータは、第１顕微鏡４１を用いて第３管部１０３を上方から拡大して観察することができる。また、オペレータは、第２顕微鏡６１を用いて第３管部１０３を側方から拡大して観察することができる。このため、オペレータは、採取用ピペット１０の先端をより明瞭に観察することができる。したがって、本実施形態は、操作性が高いマニピュレーションシステム１００を提供することができる。

また、マニピュレーションシステム１００は、第１顕微鏡４１を介して第３管部１０３を撮像する第１撮像装置４５と、第２顕微鏡６１を介して第３管部１０３を撮像する第２撮像装置６５と、第３撮像装置７５と、表示部８０と、を備える。第３撮像装置７５は、第１撮像装置４５が撮像するＺ軸方向（第１方向）、及び、第２撮像装置６５が撮像するＹ軸方向（第２方向）とそれぞれ交差する方向（第３方向）から、試料ステージ３０側を撮像する。表示部８０は、第１撮像装置４５により撮像される第１画像８１１と、第２撮像装置６５により撮像される第２画像８１２と、第３撮像装置７５が撮像する第３画像８１３と、を表示する。これによれば、表示部８０は、第３管部１０３を上方から拡大して示す第１画像８１１と、第３管部１０３を側方から拡大して示す第２画像８１２と、試料ステージ３０とその周辺を俯瞰する第３画像８１３と、を１つの画面８１に並べて表示することができる。

また、マニピュレーションシステム１００は、第１画像８１１と第２画像８１２と第３画像８１３とを撮像時刻に基づいて互いに関連付けて記憶する記憶部５６、を備える。これによれば、表示部８０は、同時刻に撮像された第１画像８１１、第２画像８１２及び第３画像８１３を並べて再生表示することができる。

図１０に示すように、細胞ｃｅの移動を行うにあたり、その移動が確実であることを示すために、ステップＳＴ１からＳＴ６まで、オペレータは採取用ピペット１０の先端である第３管部１０３を常時観察し続けることが望まれる。これを達成するために、顕微鏡４０は、採取用ピペット１０を上方から観察できるようになっている。また、顕微鏡４０の焦点距離ｗｄは、採取用ピペット１０のクランク高さＬ１ｈもしくはクランク長さＬ１（図６参照）よりも大きい。さらに、採取用ピペット１０のくびれ長さＬ１’（図６参照）は、液面の深さｄｐ１もしくはｄｐ２よりも長い。本実施形態のマニピュレーションシステム１００は、このような装置構成になっている。

なお、クランク高さＬ１ｈとは、採取用ピペット１０のＺ軸方向における高さのことである。また、くびれ長さＬ１’とは、第１部位１０１において、第３管部１０３の外径φ３１の約２倍以内の直径の部分の長さのことである。例えば、くびれ長さＬ１’は、狭窄部１０６と第２屈曲部１０５との間に位置する第２部位１０１ｂの長さのことである。液面の深さｄｐ１は、第１容器３８Ａにおける液面の深さのことである。液面の深さｄｐ２は、第２容器３８Ｂにおける液面の深さのことである。

通常、細胞の観察は撮像を重視するため、細胞を収容した容器（例えば、シャーレ）の下方から行われる。すなわち、通常は、図９の容器３８下方の位置に倒立顕微鏡４１’が配置され、倒立顕微鏡４１’によって細胞が下方から観察される。しかし、倒立顕微鏡方式の観察では、ステップＳＴ２とステップＳＴ５の状態でしかピペットと細胞とを確認できず、細胞移動の確実性（証拠能力）を担保することが難しい。細胞を上方から観察する場合は、顕微鏡の光路に、液体とピペットとの界面が含まれため、界面の屈折により像にゆがみを生じ観察を困難にする。そのため、本実施形態は、くびれ部である第２部位１０１ｂの直径を十分細くし、くびれ長さＬ１’を液面の深さｄｐ（図９参照）よりも長くすることで、界面のメニスカスを小さくでき、観察を妨げない構成にする。液面深さｄｐ１、ｄｐ２は、浅ければ浅いほど、観察における液体の透明性の影響を受けない。しかし、液量が少なすぎると液面が均一に張られない。このため、液面を均一に張る最少液量（Ｖ１）からその２倍（２Ｖ１）の液量となるように、液面深さｄｐ１、ｄｐ２を定めるのがよい。このような構成とすることで、本実施形態は、細胞の観察と、細胞移動の証拠能力を担保することの両立を行うことができる。

以上、本実施形態の採取用ピペット１０及びマニピュレーションシステム１００を説明したが、上述した内容により本実施形態が限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、第１顕微鏡４１が、対物レンズ４１２が容器３８の上方に位置する実体顕微鏡である場合について説明した。しかしながら、本実施形態において、第１顕微鏡４１は、対物レンズ４１２が容器３８の下方に位置する倒立顕微鏡であってもよい。本実施形態の採取用ピペット１０及びマニピュレーションシステム１００は、第１顕微鏡４１が上記した実体顕微鏡及び倒立顕微鏡のいずれの場合においても適用可能である。

１ 基台
２、３、４ 固定具
１０ 採取用ピペット
１５ ピペット保持部
２０ マニピュレータ
２６、２７、３６、６３ 駆動装置
２８、７１ 連結部
２９ 電動マイクロポンプ
３０ 試料ステージ
３８ 容器
３８Ａ 第１容器
３８Ｂ 第２容器
３８ａ 内壁面
３８ｂ 底面
３９ 液体
３９ｍ メニスカス
４０ 第１顕微鏡ユニット
４１ 第１顕微鏡
４１ａ 視野
４５ 第１撮像装置
５８ 入力部
６０ 第２顕微鏡ユニット
６１ 第２顕微鏡
６５ 第２撮像装置
７５ 第３撮像装置
８０ 表示部
８１ 画面
１００ マニピュレーションシステム
１０１ 第１管部
１０２ 第２管部
１０３ 第３管部
１０３ａ 開口部
８１１ 第１画像
８１２ 第２画像
８１３ 第３画像

Claims (4)

1. 管状器具を用いて微小対象物を採取するマニピュレーションシステムであって、
   第１管部と、前記第１管部の一端に接続する第２管部と、前記第１管部の他端に接続する第３管部と、を有し、前記第３管部の長手方向は、前記第１管部の長手方向と交差し、かつ前記第２管部の長手方向に平行である、管状器具と、
   前記管状器具が取り付けられるマニピュレータと、
   前記微小対象物を収容するための容器が載置される試料ステージと、
   前記試料ステージの上方に配置された第１顕微鏡と、
   前記試料ステージの側方に配置された第２顕微鏡と、
   前記第１顕微鏡を介して、前記試料ステージの載置面と平行に設けられた前記第３管部を撮像する第１撮像装置と、
   前記第２顕微鏡を介して、前記試料ステージの載置面と平行に設けられた前記第３管部を撮像する第２撮像装置と、
   前記第１撮像装置が撮像する第１方向、及び、前記第２撮像装置が撮像する第２方向とそれぞれ交差する第３方向から前記試料ステージ側を撮像する第３撮像装置と、
   前記第１撮像装置により撮像される第１画像と、前記第２撮像装置により撮像される第２画像と、前記第３撮像装置により撮像される第３画像とを表示する表示部と、
   前記第１画像と前記第２画像と前記第３画像とを撮像時刻に基づいて互いに関連付けて記憶する記憶部と、を備える、マニピュレーションシステム。
2. 前記第３管部の長手方向の長さは、前記第１管部の長手方向の長さよりも短い、請求項１に記載のマニピュレーションシステム。
3. 前記第１管部は、
   前記一端の側に位置する第１部位と、
   前記他端の側に位置する第２部位と、を有し、
   前記第２部位の外径は前記第１部位の外径よりも小さい、請求項１又は請求項２に記載のマニピュレーションシステム。
4. 前記マニピュレータと前記第１顕微鏡とを連結する連結部を有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のマニピュレーションシステム。

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