JP6742618B2 - 生体粒子観察装置および生体粒子観察方法 - Google Patents
生体粒子観察装置および生体粒子観察方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6742618B2 JP6742618B2 JP2018111342A JP2018111342A JP6742618B2 JP 6742618 B2 JP6742618 B2 JP 6742618B2 JP 2018111342 A JP2018111342 A JP 2018111342A JP 2018111342 A JP2018111342 A JP 2018111342A JP 6742618 B2 JP6742618 B2 JP 6742618B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- electrode
- biological
- sensor electrode
- biological particle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 125
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 20
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 claims description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 26
- 238000004720 dielectrophoresis Methods 0.000 description 15
- 101000606506 Homo sapiens Receptor-type tyrosine-protein phosphatase eta Proteins 0.000 description 12
- 102100039808 Receptor-type tyrosine-protein phosphatase eta Human genes 0.000 description 12
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 6
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 101150079533 DEP2 gene Proteins 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 4
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 2
- 238000007444 cell Immobilization Methods 0.000 description 2
- 239000006059 cover glass Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 2
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000007773 growth pattern Effects 0.000 description 1
- 210000003958 hematopoietic stem cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
- G01N33/4833—Physical analysis of biological material of solid biological material, e.g. tissue samples, cell cultures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C5/00—Separating dispersed particles from liquids by electrostatic effect
- B03C5/005—Dielectrophoresis, i.e. dielectric particles migrating towards the region of highest field strength
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C5/00—Separating dispersed particles from liquids by electrostatic effect
- B03C5/02—Separators
- B03C5/022—Non-uniform field separators
- B03C5/026—Non-uniform field separators using open-gradient differential dielectric separation, i.e. using electrodes of special shapes for non-uniform field creation, e.g. Fluid Integrated Circuit [FIC]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
- C12M41/30—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
- C12M41/36—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of biomass, e.g. colony counters or by turbidity measurements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/14—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
- G01N15/1484—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers microstructural devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
- B03C2201/26—Details of magnetic or electrostatic separation for use in medical applications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N2015/1006—Investigating individual particles for cytology
Description
本発明は、液中の微小な生体粒子の観察に用いる生体粒子観察装置および生体粒子観察方法に関するものである。
生体粒子の一つである細胞は、大きく分けて細胞培養における存在形態により、培養容器に付着し増殖する接着性細胞と呼ぶものと、培地内で浮遊した状態で増殖する浮遊性細胞と呼ぶものに分類される。
造血細胞に代表される浮遊性細胞に対し、成長パターンの追跡を行う目的で、顕微鏡を用いて観察するには、所定位置に観察対象物を固定する必要がある。浮遊性細胞を顕微鏡で観察するためには、培地内から浮遊細胞をディッシュ等に取り分けて観察する方法が考えられるが、培養や顕微鏡観察を長時間行うためには、浮遊状態が保たれないため細胞へのダメージが大きい。
一方、浮遊細胞を固定化するための提案として、図７に示すように、溶液２０３中の細胞２００の表面との親和性が良いタンパク質やポリマー等の固定化剤２０１を形成することで、細胞表面とディッシュ２０２等とを固定化する方法が知られている。細胞２００の細胞壁がディッシュ２０２等の底面に直接接着しないため、長時間の培養や観察を行っても浮遊状態が保たれる。カバーガラスなどの蓋２０４越しに観察する。上記した構成は、細胞へのダメージは少ないことが予想される。例えば特許文献１では、固定化剤２０１が、ホスホリルコリン類似基およびヒドラジド基を有することを特徴とする方法が提案されている。この方法では、予めディッシュ等に浮遊細胞を固定化するタンパク質を修飾させておき、浮遊細胞の表面と結合・混合させて固定化する。これにより、細胞２００の表面とディッシュ２０２等とを固定化することができる。
しかしながら、上記従来の特許文献１に開示された浮遊細胞固定化方法は、修飾するタンパク質によって、複数ある細胞の種別を選択的に固定化することや、単一の細胞のみを固定化することが難しいため、複数の細胞が一度に固定化されてしまうことが多いという問題点がある。また、上記従来の浮遊細胞固定化方法では、顕微鏡で単一細胞の動向を観察できないことや、複数細胞が集中的に固定化されることで細胞へのダメージが懸念されるという問題点もある。
本発明の一態様は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、生体粒子へのダメージを軽減し、単一の生体粒子を観察し易くすることができる生体粒子観察装置などを提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る生体粒子観察装置は、液中の生体粒子の観察に用いる生体粒子観察装置であって、前記生体粒子に誘電泳動力を作用させるための第一の信号を出力する誘電泳動電極と、前記生体粒子と、前記液とのインピーダンス差を検知するためのセンサ電極と、検知した前記インピーダンス差が一定となるように前記第一の信号を制御する制御回路と、を備える構成である。
本発明の一態様によれば、生体粒子へのダメージを軽減し、単一の生体粒子を観察し易くすることができるという効果を奏する。
〔実施形態１〕
本発明の実施形態１に係る生体粒子観察装置１０１について図１に基づいて説明すれば以下のとおりである。本実施形態の生体粒子観察装置１０１は、例えば、培地などの溶液内に浮遊する細胞や菌などの生体粒子１０６を顕微鏡１００などで観察する装置に関するものである。生体粒子観察装置１０１は、主として生物学・医学における研究、臨床検査等に用いられる。
本発明の実施形態１に係る生体粒子観察装置１０１について図１に基づいて説明すれば以下のとおりである。本実施形態の生体粒子観察装置１０１は、例えば、培地などの溶液内に浮遊する細胞や菌などの生体粒子１０６を顕微鏡１００などで観察する装置に関するものである。生体粒子観察装置１０１は、主として生物学・医学における研究、臨床検査等に用いられる。
より具体的には、生体粒子観察装置１０１は、顕微鏡１００により、容器１０３内に入れられた溶液（液）１０２中に浮遊する生体粒子１０６を観察するものである。容器１０３上面にはカバーガラスなどの蓋１１４があっても良い。
また、本実施形態の生体粒子観察装置１０１は、培地等の溶液１０２を貯める容器１０３の底面に、少なくとも誘電泳動電極１０４とセンサ電極１０５とを備える。誘電泳動電極１０４は、生体粒子１０６に誘電泳動力を作用させるための信号（第一の信号）ＶＤＥＰ１を出力する電極である。センサ電極１０５は、生体粒子１０６と、溶液１０２とのインピーダンス差を検知するための電極である。なお、センサ電極１０５は、図２に示すように単電極であっても良く、また差動電極（不図示）であっても良い。
次に、図２の（ａ）は、容器１０３の底面を上から見た図のうち、誘電泳動電極１０４とセンサ電極１０５とが配置されている周辺を示した図である。
生体粒子観察装置１０１は、センサ電極１０５を囲むように誘電泳動電極１０４を備える。図２の（ａ）に示す形態では、誘電泳動電極１０４は、センサ電極１０５を中心にセンサ電極１０５の周囲を円形で囲む形状を有しているが、センサ電極１０５を中心にセンサ電極１０５の周囲を多角形で囲む形状を有していても良い。
容器１０３には培地等の溶液１０２が満たされているが、浮遊する細胞や菌などの生体粒子１０６は浮遊性細胞であるものとする。
誘電泳動電極１０４が生体粒子１０６に及ぼす誘電泳動力ＦＤＥＰは、下記式（１）にて一般に示される。
ＣＭファクタである、
本実施形態では、誘電泳動電極１０４から生体粒子１０６が離れていく力（負の誘電泳動力）を利用する。細胞に代表される生体粒子１０６は一般に培地等の溶液１０２より重いので、液中で重力により沈む力が働く。ここで、誘電泳動電極１０４に負の誘電泳動力がかかるような信号（第一の信号）ＶＤＥＰ１がかかると、生体粒子１０６は沈むことなく液中を浮遊する。
誘電泳動電極１０４は、センサ電極１０５を中心に囲む構成とする。誘電泳動電極１０４から発生する電界は、誘電泳動電極１０４上で大きく、誘電泳動電極１０４から離れると小さくなる。誘電泳動電極１０４に囲まれたセンサ電極１０５付近は、誘電泳動電極１０４から出される電界の大きさや周波数によって、誘電泳動力がセンサ電極１０５に引き寄せられる方向になったり、反発する方向になったりするため、顕微鏡１００（容器１０３上方）から見て、生体粒子１０６は誘電泳動電極１０４に囲まれた内部に留まる。
検知回路１１１は、センサ電極１０５と生体粒子１０６との距離を検知し、制御回路１１０に対し、信号ＶＤＥＰ１の信号振幅または信号周波数を調整させる。なお、信号周波数により誘電泳動力の向きが変わる。これはＣＭファクタの実部により正負で判断することができる（数式２）。また、信号振幅が異なると、斥力または引力が大きくなったり小さくなったりする（数式１の∇Ｅ２参照）。対象とする細胞と周りにある溶液１０２の誘電率（εｐ ＊，εｍ ＊）によって、斥力または引力の向きや大きさが異なるため、誘電泳動力は環境に依存する。
制御回路１１０は、センサ電極１０５で検知した前記インピーダンス差が一定となるように信号ＶＤＥＰ１の信号振幅または信号周波数を出力する。例えば、図４に示すように、検知回路１１１の検知信号に基づき、リング発振器などで構成された発振器１１５の周波数に対し、信号ＦＣＮＴを出力して制御する。溶液１０２中における生体粒子１０６が浮遊する周波数は、引き寄せられる方向および反発する方向による周波数の上限および下限を予め決めておき、その範囲内で信号ＦＣＮＴにより調整する。発振器１１５の出力にあるバッファ回路１１６の出力振幅は、検知回路１１１より信号ＡＣＮＴを出力して制御する。信号ＶＤＥＰ１は図示しない外部信号源を用いることで制御回路１１０から出力される。
上記した構成により信号ＶＤＥＰ１の信号振幅または信号周波数によって、生体粒子１０６はセンサ電極１０５からある一定距離を保ったまま、重力と負の誘電泳動力とで沈むことなく液中を浮遊する。
センサ電極１０５と生体粒子１０６との距離を検知する際には、溶液１０２と生体粒子１０６の誘電率差を利用したセンシングを行うことで、溶液１０２と生体粒子１０６が持つインピーダンス差を計測する。この場合、センサ電極１０５におけるセンシング周波数は、誘電泳動に使用する信号ＶＤＥＰ１の周波数よりも高い周波数で行った方が良い。センサ電極１０５の測定周波数における溶液１０２と生体粒子１０６の誘電率差を計測することで、誘電泳動力ＦＤＥＰに影響することなくインピーダンスを計測できる。
誘電泳動電極１０４の形状は、図２の（ａ）に示したように、センサ電極１０５を中心に円形で囲む構成であっても良いが、図２の（ｂ）に示すように、センサ電極１０５を中心に１２０度ずつ３つの誘電泳動電極１０７を配置する構造でも良い。また、図２の（ｃ）に示すように、センサ電極１０５を中心に９０度ずつ４つの誘電泳動電極１０８を配置する構造でもよい。重要なことは、センサ電極１０５を中心に周りを誘電泳動電極で囲む構成であれば良い。
〔生体粒子の捕捉〕
溶液１０２内に浮遊する生体粒子１０６を、誘電泳動電極１０４の中心に捕捉する際には、センサ電極１０５に生体粒子１０６を捕捉する正の誘電泳動信号ＶＤＥＰ２を与える。生体粒子１０６を捕捉する構成の一例を図３に示す。センサ電極１０５に繋がる端子にスイッチ１１２を備え、Ｃ点を起点に、スイッチ１１２の接続先にはＡ点とＢ点とがある。
溶液１０２内に浮遊する生体粒子１０６を、誘電泳動電極１０４の中心に捕捉する際には、センサ電極１０５に生体粒子１０６を捕捉する正の誘電泳動信号ＶＤＥＰ２を与える。生体粒子１０６を捕捉する構成の一例を図３に示す。センサ電極１０５に繋がる端子にスイッチ１１２を備え、Ｃ点を起点に、スイッチ１１２の接続先にはＡ点とＢ点とがある。
Ａ点は信号源１１３に接続されている。Ａ点接続時、信号源１１３は、スイッチ１１２を通してセンサ電極１０５に生体粒子１０６を捕捉する正の誘電泳動信号（第二の信号）ＶＤＥＰ２を与える。その際、スイッチ１１２がオフされる検知回路１１１および制御回路１１０は動作せず、同時に誘電泳動電極１０４は動作しないため、生体粒子１０６は誘電泳動電極１０４の影響を受けない。Ｂ点接続時は、図２で説明したように、センサ電極１０５から得た信号を検知回路１１１で検知する。
次に、センサ電極１０５に生体粒子１０６を捕捉する際のタイミングチャートについて、図５を用いて説明する。図５の（ａ）は、スイッチ１１２のＣ点の動作タイミングであって、ｔ０〜ｔ１期間でスイッチ１１２により一定期間毎にＡ点およびＢ点への接続を交互に行う。図５の（ｂ）に示すように、スイッチ１１２のＣ点が扱う信号は、センサ電極１０５に正の誘電泳動信号ＶＤＥＰ２を与えるか、検知回路１１１を動作させＳsenseを得るかであり、図５の（ａ）のスイッチ１１２の動作を介して交互に行う。
ｔ０〜ｔ１期間は、生体粒子１０６は捕捉されていない状態の例であり、スイッチ１１２がＢ点に接続した時には、センサ電極１０５が検知する信号Ｓsenseは溶液１０２がもつ誘電率から計算される信号Ｓsense＝ＳＲＥＦとなる。
この溶液１０２がもつ誘電率から計算される信号ＳＲＥＦは、検知回路１１１に付属する図示しないメモリ等に値を記憶しておく。スイッチ１１２は図５の（ａ）のように一定期間毎にＡ点およびＢ点への接続を行うので、Ａ点に接続した場合には、センサ電極１０５は正の誘電泳動信号ＶＤＥＰ２を与えている。
ここで、あるタイミング（ｔ１）で生体粒子１０６がセンサ電極１０５に引き寄せられ捕捉されたとする。その後、スイッチ１１２がＢ点に接続した時（ｔ２）に、センサ電極１０５が検知するのは生体粒子１０６がもつ誘電率から計算される信号ＳＳＩＧとなる。図５の（ｃ）に示すように、ＳＳＩＧとＳＲＥＦは値が異なるため、ＳＳＩＧとＳＲＥＦの値に差があると判定された時に、スイッチ１１２はＢ点のみの接続のままになる。
同時に、図５の（ｄ）に示すように、誘電泳動電極１０４に負の誘電泳動力がかかるような信号ＶＤＥＰ１を与える。このとき生体粒子１０６は、センサ電極１０５に引き寄せられる誘電泳動力が無く、周りを囲む誘電泳動電極１０４により反発する誘電泳動力が働くため、センサ電極１０５から離れる方向（上方向）に移動（浮遊）する。
生体粒子１０６は一般的に溶液１０２より重いので、溶液１０２の流れが無い、または非常に遅い場合は沈む（センサ電極１０５に引き寄せられる）が、時間ｔ３以降、誘電泳動電極１０４により反発する適切な負の誘電泳動力の信号ＶＤＥＰ１を与えることによって、溶液１０２のセンサ電極１０５上に浮遊したままになる。
信号ＶＤＥＰ１は、図５の（ｃ）に示すＳＳＩＧとＳＲＥＦの間の値（＝ＳＣＮＴＬ）がセンサ電極１０５から得られるように生体粒子１０６の位置を調整するような信号となる。ＳＣＮＴＬが適切値より大きい場合は、生体粒子１０６がセンサ電極１０５に近づいているため、信号ＶＤＥＰ１の例えば振幅を大きくし、ＳＣＮＴＬが適切値より小さい場合は、生体粒子１０６がセンサ電極１０５に遠ざかっているため、信号ＶＤＥＰ１の振幅を小さくするなどの制御を行う。
前記構成によれば、生体粒子１０６に誘電泳動力を作用させることにより、（単一の）生体粒子１０６を所定位置に浮遊状態にて固定することができる。これにより、生体粒子１０６をタンパク質等で固定化することが無く、物理的に生体粒子１０６の表面に接触することが無いため、生体粒子１０６へのダメージを軽減し、単一の生体粒子１０６を観察し易くすることができる。
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
上記実施の形態では、容器１０３がシャーレのような、上面が開口された容器である形態について説明した。しかしながら、本実施形態の生体粒子観察装置１０１ａのように、容器１０３に替えて、マイクロ流体路１０３ａのように、上流から下流に溶液１０２を流せるような構造を採用しても良い（図６参照）。マイクロ流体路１０３ａには、生体粒子１０６が流入される。
この場合、センサ電極１０５の上面は、顕微鏡１００から確認できるように透明物質でできていることが望ましい。溶液１０２の流れは、図５で説明した生体粒子１０６が捕捉された時間ｔ１以降、溶液１０２の流れが止まる、または、誘電泳動電極１０４の中心にあるセンサ電極１０５上から、生体粒子１０６が離れない程度の弱い流れにするなど、溶液１０２の流速が変化する制御を取り入れても良い。
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る生体粒子観察装置は、液中の生体粒子の観察に用いる生体粒子観察装置であって、前記生体粒子に誘電泳動力を作用させるための第一の信号を出力する誘電泳動電極と、前記生体粒子と、前記液とのインピーダンス差を検知するためのセンサ電極と、検知した前記インピーダンス差が一定となるように前記第一の信号を制御する制御回路と、を備える構成である。
本発明の態様１に係る生体粒子観察装置は、液中の生体粒子の観察に用いる生体粒子観察装置であって、前記生体粒子に誘電泳動力を作用させるための第一の信号を出力する誘電泳動電極と、前記生体粒子と、前記液とのインピーダンス差を検知するためのセンサ電極と、検知した前記インピーダンス差が一定となるように前記第一の信号を制御する制御回路と、を備える構成である。
前記構成によれば、生体粒子に誘電泳動力を作用させることにより、（単一の）生体粒子を所定位置に浮遊状態にて固定することができる。これにより、生体粒子をタンパク質等で固定化することが無く、物理的に生体粒子の表面に接触することが無いため、生体粒子へのダメージを軽減し、単一の生体粒子を観察し易くすることができる。
本発明の態様２に係る生体粒子観察装置は、上記態様１において、前記制御回路は、前記第一の信号の振幅または周波数を制御することが好ましい。前記構成によれば、制御回路が、誘電泳動電極から出力される第一の信号の振幅または周波数を制御することで、生体粒子はセンサ電極からある一定距離を保ったまま、重力と負の誘電泳動力とで沈むことなく液中を浮遊する。
本発明の態様３に係る生体粒子観察装置は、上記態様１または２において、前記誘電泳動電極は、前記センサ電極を中心に当該センサ電極の周囲を円形または多角形で囲む形状を有し、前記生体粒子に対し、前記第一の信号として、負の誘電泳動力となる信号を出力しても良い。前記構成によれば、センサ電極付近の誘電泳動力は、誘電泳動電極から出される電界の大きさによって、センサ電極に引き寄せられる方向になったり、反発する方向になったりするため、生体粒子を誘電泳動電極に囲まれた内部に留めることができる。
本発明の態様４に係る生体粒子観察装置は、上記態様１または２において、前記誘電泳動電極は、前記センサ電極を中心に当該センサ電極の周囲を囲むように配置された複数の電極により構成され、前記生体粒子に対し、前記第一の信号として、負の誘電泳動力となる信号を出力しても良い。前記構成によれば、生体粒子を誘電泳動電極に囲まれた内部に留めることができる。
本発明の態様５に係る生体粒子観察装置は、上記態様１〜４の何れかにおいて、前記センサ電極は、単電極であっても良く、または差動電極であっても良い。
本発明の態様６に係る生体粒子観察装置は、上記態様１〜５の何れかにおいて、前記センサ電極は、スイッチと接続されており、当該スイッチを介して、前記インピーダンス差を検知する機能と、前記生体粒子に対し、正の誘電泳動力となる信号を出力する機能とを切り替えることが可能となっていることが好ましい。前記構成によれば、液中に浮遊する生体粒子を、誘電泳動電極の中心に捕捉することが可能になる。
本発明の態様７に係る生体粒子観察装置は、上記態様１〜６の何れかにおいて、前記センサ電極から正の誘電泳動力となる第二の信号を出力することが好ましい。前記構成によれば、生体粒子を捕捉することが可能となる。
本発明の態様８に係る生体粒子観察装置は、上記態様１〜７の何れかにおいて、前記生体粒子が所定位置に留まっている様子を、外部から観察することができる顕微鏡を備えていることが好ましい。前記構成によれば、生体粒子へのダメージを軽減し、単一の生体粒子を観察し易くすることができる。
本発明の態様９に係る生体粒子観察装置は、上記態様１〜８の何れかにおいて、前記生体粒子が流入されるマイクロ流体路を備えていても良い。
本発明の態様１０に係る生体粒子観察方法は、上記態様１〜９の何れかの生体粒子観察装置によって、前記生体粒子を前記液中の所定位置に留め、顕微鏡を介して、前記生体粒子が前記所定位置に留まっている様子を、外部から観察する方法である。前記方法によれば、生体粒子へのダメージを軽減し、単一の生体粒子を観察し易くすることができる。
〔本発明の別の表現〕
本発明は、以下のように表現することもできる。すなわち、本発明の一態様に係る生体粒子観察装置は、微小な生体粒子を単一で液中の所定位置に留める生体粒子観察装置であって、誘電泳動電極とセンサ電極とを備え、前記生体粒子と、周囲に存在する液とが持つインピーダンス差を検知し、制御回路によって前記誘電泳動電極から出力する信号を制御することで、前記液中において、前記生体分子が所定位置に止まる構成である。
本発明は、以下のように表現することもできる。すなわち、本発明の一態様に係る生体粒子観察装置は、微小な生体粒子を単一で液中の所定位置に留める生体粒子観察装置であって、誘電泳動電極とセンサ電極とを備え、前記生体粒子と、周囲に存在する液とが持つインピーダンス差を検知し、制御回路によって前記誘電泳動電極から出力する信号を制御することで、前記液中において、前記生体分子が所定位置に止まる構成である。
また、本発明の一態様に係る生体粒子観察装置は、前記制御回路が、前記誘電泳動電極から出力する信号の振幅または周波数を制御することが好ましい。
また、本発明の一態様に係る生体粒子観察装置は、前記誘電泳動電極は、前記センサ電極を中心に円形または多角形に囲み、前記生体分子に対し、負の誘電泳動力になる信号を出力することが好ましい。
また、本発明の一態様に係る生体粒子観察装置は、前記誘電泳動電極は、前記センサ電極を中心に囲むように複数の電極で構成され、前記生体分子に対し、負の誘電泳動力になる信号を出力することが好ましい。
また、本発明の一態様に係る生体粒子観察装置は、前記センサ電極が、単電極であっても良く、または差動電極であっても良い。
また、本発明の一態様に係る生体粒子観察装置は、前記センサ電極が、スイッチ回路を備えることで、前記生体粒子と周囲に存在する液が持つインピーダンス差を検知する機能と、前記生体分子に対し、正の誘電泳動力になる信号を出力する機能を持っていても良い。
また、本発明の一態様に係る生体粒子観察装置は、前記センサ電極において、前記生体分子が捕捉されていない状態におけるインピーダンス値から基準信号を検出しメモリ回路に記憶後、前記スイッチ回路を切り替え、前記センサ電極から正の誘電泳動力となる信号を出力することで前記生体粒子を捕捉し、前記誘電泳動電極において、負の誘電泳動力になる信号を出力することによって前記生体粒子の捕捉を維持しながら、前記センサ電極において捕捉した前記生体粒子が持つインピーダンス値から捕捉時信号を検出し、前記メモリ回路に記憶した基準信号と、捕捉時信号から設定した設定信号を基に、該液中において、該生体分子が所定位置に止まるように前記誘電泳動電極から負の誘電泳動力になる信号の振幅または周波数を制御し出力することで、前記生体分子が所定位置に止まっても良い。
また、本発明の一態様に係る生体粒子観察装置は、前記生体分子が所定位置に止まっている様子を、外部から観察することができる顕微鏡を備えていても良い。
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
１００ 顕微鏡
１０１ 生体粒子観察装置
１０１ａ 生体粒子観察装置
１０２ 溶液（液）
１０３ 容器
１０３ａ マイクロ流体路
１０４、１０７、１０８ 誘電泳動電極
１０５ センサ電極
１０６ 生体粒子
１１０ 制御回路
１１１ 検知回路
１１２ スイッチ
１１３ 信号源
１１４ 蓋
２００ 細胞
２０１ 固定化剤
２０２ ディッシュ
２０３ 溶液
２０４ 蓋
１０１ 生体粒子観察装置
１０１ａ 生体粒子観察装置
１０２ 溶液（液）
１０３ 容器
１０３ａ マイクロ流体路
１０４、１０７、１０８ 誘電泳動電極
１０５ センサ電極
１０６ 生体粒子
１１０ 制御回路
１１１ 検知回路
１１２ スイッチ
１１３ 信号源
１１４ 蓋
２００ 細胞
２０１ 固定化剤
２０２ ディッシュ
２０３ 溶液
２０４ 蓋
Claims (10)
- 液中の生体粒子の観察に用いる生体粒子観察装置であって、
前記生体粒子に誘電泳動力を作用させるための第一の信号を出力する誘電泳動電極と、
前記生体粒子と、前記液とのインピーダンス差を検知するためのセンサ電極と、
検知した前記インピーダンス差が一定となるように前記第一の信号を制御する制御回路と、を備えることを特徴とする生体粒子観察装置。 - 前記制御回路は、前記第一の信号の振幅または周波数を制御することを特徴とする請求項１に記載の生体粒子観察装置。
- 前記誘電泳動電極は、前記センサ電極を中心に当該センサ電極の周囲を円形または多角形で囲む形状を有し、前記生体粒子に対し、前記第一の信号として、負の誘電泳動力となる信号を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の生体粒子観察装置。
- 前記誘電泳動電極は、前記センサ電極を中心に当該センサ電極の周囲を囲むように配置された複数の電極により構成され、前記生体粒子に対し、前記第一の信号として、負の誘電泳動力となる信号を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の生体粒子観察装置。
- 前記センサ電極は、単電極または差動電極であることを特徴とする請求項１から４までの何れか１項に記載の生体粒子観察装置。
- 前記センサ電極は、スイッチと接続されており、当該スイッチを介して、前記インピーダンス差を検知する機能と、前記生体粒子に対し、正の誘電泳動力となる信号を出力する機能とを切り替えることが可能となっていることを特徴とする請求項１から５までの何れか１項に記載の生体粒子観察装置。
- 前記センサ電極から正の誘電泳動力となる第二の信号を出力することを特徴とする請求項１から６までの何れか１項に記載の生体粒子観察装置。
- 前記生体粒子が所定位置に留まっている様子を、外部から観察することができる顕微鏡を備えていることを特徴とする請求項１から７までの何れか１項に記載の生体粒子観察装置。
- 前記生体粒子が流入されるマイクロ流体路を備えていることを特徴とする請求項１から８までの何れか１項に記載の生体粒子観察装置。
- 請求項１から９までの何れか１項に記載の生体粒子観察装置によって、前記生体粒子を前記液中の所定位置に留め、
顕微鏡を介して、前記生体粒子が前記所定位置に留まっている様子を、外部から観察することを特徴とする生体粒子観察方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018111342A JP6742618B2 (ja) | 2018-06-11 | 2018-06-11 | 生体粒子観察装置および生体粒子観察方法 |
| US16/436,338 US10816536B2 (en) | 2018-06-11 | 2019-06-10 | Bioparticle observation apparatus and bioparticle observation method |
| CN201910502109.8A CN110577890A (zh) | 2018-06-11 | 2019-06-11 | 生物体粒子观察装置以及生物体粒子观察方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018111342A JP6742618B2 (ja) | 2018-06-11 | 2018-06-11 | 生体粒子観察装置および生体粒子観察方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019213469A JP2019213469A (ja) | 2019-12-19 |
| JP6742618B2 true JP6742618B2 (ja) | 2020-08-19 |
Family
ID=68765662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018111342A Active JP6742618B2 (ja) | 2018-06-11 | 2018-06-11 | 生体粒子観察装置および生体粒子観察方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10816536B2 (ja) |
| JP (1) | JP6742618B2 (ja) |
| CN (1) | CN110577890A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022113677A1 (ja) * | 2020-11-25 | 2022-06-02 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 検出方法及び検出装置 |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3669182B2 (ja) * | 1998-10-27 | 2005-07-06 | 松下電器産業株式会社 | 微生物数測定装置及び微生物数測定方法 |
| JP4405769B2 (ja) | 2003-09-09 | 2010-01-27 | 日油株式会社 | 動物細胞固定化材及び動物細胞固定化方法 |
| DE102004023466B4 (de) * | 2004-05-12 | 2008-11-13 | Evotec Technologies Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Sammlung von suspendierten Partikeln |
| ITBO20050481A1 (it) * | 2005-07-19 | 2007-01-20 | Silicon Biosystems S R L | Metodo ed apparato per la manipolazione e/o l'individuazione di particelle |
| ITBO20050646A1 (it) * | 2005-10-26 | 2007-04-27 | Silicon Biosystem S R L | Metodo ed apparato per la caratterizzazione ed il conteggio di particelle |
| ITTO20060273A1 (it) * | 2006-04-12 | 2007-10-13 | Silicon Biosystem S P A | Metodi ed apparati per la selezione e/o il processamento di particellle, in particolare per la lisi selettiva e/o ottimizzata di cellule |
| ITMI20061063A1 (it) * | 2006-05-31 | 2007-12-01 | Mindseeds Lab S R L | Metrodo e apparato pe rla selezione e la modifica di singole cellule e loro piccoli aggregati |
| WO2009048878A2 (en) * | 2007-10-09 | 2009-04-16 | University Of Notre Dame Du Lac | Microfluidic platforms for multi-target detection |
| WO2009128233A1 (ja) * | 2008-04-15 | 2009-10-22 | パナソニック株式会社 | 微粒子測定装置および微粒子測定方法 |
| CN101281163B (zh) * | 2008-04-28 | 2012-06-27 | 中央民族大学 | 用于确定多种细胞介电响应和分离条件的检测系统 |
| US8702947B2 (en) * | 2009-02-10 | 2014-04-22 | Panasonic Corporation | Device and method for measuring microspheres |
| WO2012048230A2 (en) * | 2010-10-07 | 2012-04-12 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Dielectrophoresis devices and methods therefor |
| JP6299609B2 (ja) * | 2013-02-08 | 2018-03-28 | ソニー株式会社 | 微小粒子分析装置及び微小粒子分析システム |
| JP5991236B2 (ja) * | 2013-03-13 | 2016-09-14 | ソニー株式会社 | 分取装置 |
| JP2015109826A (ja) * | 2013-10-28 | 2015-06-18 | 国立大学法人九州大学 | 核酸検出法 |
| US20150285760A1 (en) * | 2014-04-02 | 2015-10-08 | Drexel University | Dielectrophoretic device for analysis of cell mechanics |
| JP6676486B2 (ja) * | 2016-04-05 | 2020-04-08 | シャープ株式会社 | 検出方法 |
| WO2018078999A1 (ja) * | 2016-10-27 | 2018-05-03 | シャープ株式会社 | 蛍光検査システム、誘電泳動デバイス及び分子検査方法 |
| CN110573603B (zh) * | 2017-04-24 | 2023-05-16 | 夏普株式会社 | 对象物捕捉装置以及对象物捕捉装置单元 |
-
2018
- 2018-06-11 JP JP2018111342A patent/JP6742618B2/ja active Active
-
2019
- 2019-06-10 US US16/436,338 patent/US10816536B2/en active Active
- 2019-06-11 CN CN201910502109.8A patent/CN110577890A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US10816536B2 (en) | 2020-10-27 |
| JP2019213469A (ja) | 2019-12-19 |
| US20190376947A1 (en) | 2019-12-12 |
| CN110577890A (zh) | 2019-12-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wu et al. | High-throughput separation, trapping, and manipulation of single cells and particles by combined dielectrophoresis at a bipolar electrode array | |
| Ahmed et al. | Rotational manipulation of single cells and organisms using acoustic waves | |
| US7361500B2 (en) | Apparatus and method for electrically contacting biological cells suspended in a liquid | |
| Coakley et al. | Cell manipulation in ultrasonic standing wave fields | |
| Castillo et al. | Manipulation of biological samples using micro and nano techniques | |
| US9995668B2 (en) | Apparatus for manipulating, modifying and characterizing particles in a micro channel | |
| US11192107B2 (en) | DEP force control and electrowetting control in different sections of the same microfluidic apparatus | |
| JP2009539096A (ja) | 単細胞及びその小集合体を操作するための方法及び装置 | |
| KR100736059B1 (ko) | 인터페이스 패치 클램핑 | |
| CN101548004A (zh) | 用于诊断学和细胞分析的微流体方法 | |
| JP6742618B2 (ja) | 生体粒子観察装置および生体粒子観察方法 | |
| CN110475849A (zh) | 用于使颗粒流动的系统、制品和方法 | |
| Menachery et al. | Dielectrophoretic tweezer for isolating and manipulating target cells | |
| Natu et al. | Automated “pick and transfer” of targeted cells using dielectrophoresis | |
| US20110083961A1 (en) | Microfluidic system and corresponding operating method | |
| Puttaswamy et al. | Versatile microfluidic platform embedded with sidewall three-dimensional electrodes for cell manipulation | |
| JP5857309B1 (ja) | 液滴形成用シャーレ及びそれを用いた電界撹拌方法 | |
| JP2017140007A (ja) | 浮遊培養装置および大量培養システム | |
| WO2009034514A2 (en) | Dielectrophoretic device and method for cell membrane studies | |
| JP2010253410A (ja) | 粒子分離装置 | |
| EP3643406A1 (en) | Particle aggregation method and system in a channel | |
| US7892815B2 (en) | Device and method for conditioning biological cells | |
| Denomme et al. | A microsensor for the detection of a single pathogenic bacterium using magnetotactic bacteria-based bio-carriers: simulations and preliminary experiments | |
| Gangopadhyay | Gold thin-film on porous flexible polyester membrane for bioelectronic applications | |
| Feng et al. | Robotic orientation control and enucleation of cells |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190620 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200707 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200721 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6742618 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |