JP6988993B2 - 細胞ピッキング装置 - Google Patents

Description

本発明は、顕微鏡を用いて容器内の特定の細胞をピッキングするための細胞ピッキング装置に関するものである。

細胞培養容器などの容器から特定の細胞をピッキングする場合、作業者が顕微鏡でピッキング対象の細胞の位置を確認しながらピペットなどの吸引器具を用いて手作業で対象の細胞を吸引するというのが一般的な手法である。しかし、このような作業は熟練を要し、誰にでも容易にできるというものではない。

上記のような細胞ピッキング作業を補助するための装置が提案されている（特許文献１参照。）。提案されている装置は、先端にピペットチップが装着された吸引部を搬送部によって３次元的に移動させ、検出部によってピペットチップの先端を光学的に検出しながらピペットチップの先端位置をピッキング対象の細胞の位置に調整するように構成されている。

特開２０１６−１１２０１２号公報

特許文献１のように、ピッキング対象の細胞の位置へピペットチップの先端位置を調整する構成では、ピッキング対象の細胞が小さいほどピペットチップの高い移動分解能が求められる。そのため、離れた細胞をピッキングする際にピペットチップの移動と先端位置の調整に時間を要し、ピッキング作業の効率が悪くなるという問題がある。

また、細胞は容器の底面に吸着しているため、細胞の真上から単純に吸引を行なうだけで対象の細胞を吸引することは難しい。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ピッキング対象の細胞に対するピペットチップの先端の位置決めを高効率に行なうとともに対象の細胞をより確実に吸引できるようにすることを目的とするものである。

本発明に係る細胞ピッキング装置は、顕微鏡の側方に設置され、前記顕微鏡の試料設置台上に設置された容器内の細胞をピッキングするためのものである。当該細胞ピッキング装置は、先端部にピペットチップが取り付けられ、前記ピペットチップの先端から細胞を吸引するための吸引部と、前記吸引部に吸引動作を行なわせるとともに前記吸引部を鉛直方向に対して傾斜した状態で水平面内方向と前記ピペットチップの軸方向へ移動させるように構成された駆動部と、前記駆動部を制御する制御部と、を備えている。前記制御部は、前記試料設置台上の所定位置において前記ピペットチップの先端が前記試料設置台上に設置された容器の底面に接しながら水平方向へ移動するように前記吸引部を移動させて前記所定位置に配置された細胞を前記容器の底面から離脱させ、前記容器の底面から離脱させた細胞を前記ピペットチップの先端から吸引するように構成されている。

すなわち、本発明の細胞ピッキング装置では、細胞ピッキングの際にピペットチップの先端を到達させる位置が予め決まっており、ピッキング対象の細胞は、ユーザによって顕微鏡を用いて所定位置（顕微鏡の視野に入る位置）に配置される。このため、細胞ピッキングの際のピペットチップの先端位置の調整作業が不要である。ピッキング対象の細胞を顕微鏡の視野内に配置することは容易である。そして、ピッキング対象の細胞が所定位置に正しく配置されていれば、ピペットチップの先端がピッキング対象の細胞に対して迅速に位置決めされる。吸引部は鉛直方向に対して傾斜した状態で水平面内方向とピペットチップの軸方向へ移動するため、ピペットチップの先端を顕微鏡のレンズと干渉させずに試料設置台上の容器へアクセスさせることが可能である。さらに、ピペットチップの先端が容器の底面に接しながら水平方向へ移動し、所定位置に配置された細胞を容器の底面から離脱させた上で吸引するので、対象となる細胞が容器の底面に吸着していても当該細胞のピッキングをより確実に行なうことができる。

ところで、細胞培養容器内に収容されている細胞培養液は高価であるため、細胞ピッキングの際に細胞とともに吸引される細胞培養液の量を極力少量に抑えることが望ましい。そこで、本発明では、前記制御部が、前記容器の底面から細胞を離脱させるまでは前記吸引部による吸引を行なわず、前記容器の底面から前記細胞を離脱させた後で前記ピペットチップの先端から当該細胞を吸引するように構成されていることが好ましい。そうすれば、細胞ピッキングの際にピペットチップの先端から吸引される細胞培養液の量を最小限にとどめることができる。

前記制御部は、前記容器の底面に対して前記ピペットチップの先端を斜めに押し当てて前記ピペットチップの先端部を弾性的に屈曲させ、それによって前記ピペットチップの先端を前記容器の底面に接触させながら移動させるように構成されていることが好ましい。そうすれば、容器の底面に吸着した細胞を掻き取ることができ、ピッキング対象の細胞をより確実に吸引することができる。

前記駆動部は、前記鉛直方向に対する前記吸引部の傾斜角度を調整するための吸引部角度調整機構を備えていてもよい。吸引部の傾斜角度が調整可能であれば、適用可能な顕微鏡や容器の種類を広げることができ、当該細胞ピッキング装置に高い汎用性をもたせることができる。

前記吸引部角度調整機構は、モータによって前記吸引部を鉛直平面内において回転させるように構成されていることが好ましい。なお、前記吸引部角度調整機構は、吸引部の傾斜角度を手動で調整できるようになっていてもよい。

本発明に係る細胞ピッキング装置の好ましい実施形態では、前記ピペットチップの先端を前記所定位置に位置させるために必要な前記駆動部の駆動量に関する情報を記憶する駆動量記憶部を備え、前記制御部は、前記顕微鏡の前記試料設置台上に設置された容器から細胞をピッキングする際に、前記駆動量記憶部に記憶されている情報を用いて前記駆動部を制御するように構成されている。

上記の場合、前記駆動量記憶部は、前記吸引部の先端に取り付けられた前記ピペットチップの大きさ、前記顕微鏡の種類、及び／又は前記顕微鏡の前記試料設置台に設置される容器の種類ごとの前記駆動量に関する情報を記憶し、前記制御部は、前記駆動量記憶部に記憶された前記駆動量に関する情報と、ユーザ入力に基づいて設定された前記ピペットチップの大きさ、前記顕微鏡の種類、及び／又は前記容器の種類と、に基づいて前記ピペットチップの先端を前記所定位置に位置させるために必要な前記駆動部の駆動量を決定し、決定した前記駆動量を用いて前記駆動部を制御するように構成されているようになっていることが好ましい。そうすれば、ユーザがピペットチップの大きさ、顕微鏡の種類、及び／又は容器の種類を選択するだけで、装置がそれに基づいて適切な細胞ピッキング動作を実行するので、ユーザによる動作条件の設定作業が容易になる。

また、吸引部の先端には使い捨てのピペットチップが取り付けられるが、ピペットチップの取り外しを手作業で行なうと、ユーザの手が汚染される危険性がある。作業途中にユーザの手が汚染されると、逐一手の消毒作業を行なう必要があるため煩わしいという問題がある。

そこで、本発明においては、前記吸引部を前記ピペットチップの軸方向へ移動させる動作を利用して前記ピペットチップを前記吸引部から取り外すように構成されたチップ取外し機構を備えていることが好ましい。そうすれば、吸引部からのピペットチップの取り外しを自動的に行なうことができ、ピペットチップの取り外し作業によってユーザの手が汚染されることを防止できる。当該チップ取外し機構は、吸引部を前記ピペットチップの軸方向へ移動させる動作を利用してピペットチップの取外しを行なうため、吸引部を取り外すための新たな駆動部を設ける必要がなく、コストの増大を抑制することができる。

本発明の細胞ピッキング装置では、細胞ピッキングの際にピペットチップの先端を到達させる位置が予め決まっているので、細胞ピッキングの際にピペットチップの先端位置の調整作業を行なう場合に比べて、細胞ピッキングの作業効率が向上する。さらに、吸引部が鉛直方向に対して傾斜した状態で移動するため、顕微鏡のレンズと干渉することなく試料設置台上の容器へアクセスすることができる。さらに、細胞ピッキングの際には、ピペットチップの先端が容器の底面に接しながら水平方向へ移動し、容器の底面に吸着した細胞を離脱させた上で吸引するので、ピッキング対象の細胞の吸引を確実に行なうことができる。

細胞ピッキング装置の一実施例を概略的に示す斜視図である。 同実施例の制御系統を概略的に示すブロック図である。 同実施例の細胞ピッキング装置を用いて顕微鏡に設置された容器から細胞をピッキングする際の概念図である。 同実施例の細胞ピッキング装置により実現される細胞ピッキング作業の一例を示すフローチャートである。 同実施例の細胞ピッキング装置による細胞ピッキングにおける所定位置にピペットチップの先端を配置する工程を示す概念図である。 同実施例の細胞ピッキング装置による細胞ピッキングにおける図５の続きの工程を示すであって、ピペットチップの先端によって容器底面から細胞を離脱させる工程を示す概念図である。 同実施例の細胞ピッキング装置による細胞ピッキングにおける図６の続きの工程を示すであって、ピペットチップの先端からピッキング対象の細胞を吸引する工程を示す概念図である。 吸引部駆動機構の構造例を示す吸引部駆動機構の側面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る細胞ピッキング装置の一実施例について説明する。

図１に示されているように、この実施例の細胞ピッキング装置２は、先端にピペットチップ１８が取り付けられたピペット型の吸引部１６を保持して移動させる駆動部６を備えている。駆動部６は、鉛直軸４に軸支されて水平面内において回転する水平回転部８、水平回転部８の取り付けられた軸に軸支されて鉛直平面内において回転する鉛直回転部１０、及び鉛直回転部１０に取り付けられた吸引部駆動機構１２を備えている。

吸引部駆動機構１２は吸引部１６を保持する保持アーム１４のほか、吸引部１６による吸引動作を駆動する機構（図示は省略）を備えている。吸引部駆動機構１２は、保持アーム１４をピペットチップ１８の軸方向へ移動させるように構成されている。

この実施例では、水平回転部８の動作方向、すなわち水平面内における回転方向をＸ方向、鉛直回転部１０の動作方向、すなわち鉛直平面内における回転方向をＹ方向、保持アーム１４の動作方向、すなわちピペットチップ１８の軸方向をＺ方向と定義する。

駆動部６は、上記の構成を有することによって吸引部１６をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の３方向へ移動させることができる。水平回転部８を回転させることによって吸引部１６を水平面内方向へ移動させることができる。鉛直回転部１０を回転させることによって鉛直軸方向に対する吸引部１６の傾斜角度を変更することができる。さらに、保持アーム１４をピペットチップ１８の軸方向へ移動させることで、ピペットチップ１８の先端の高さ位置を調整することができる。鉛直回転部１０は、鉛直軸方向に対する吸引部１６の傾斜角度を調整するための吸引部角度調整機構を実現するものである。

なお、この実施例では、水平回転部８が水平面内方向において回転することによって吸引部１６を水平面内方向へ移動させるように構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、吸引部１６を水平面内において互いに直交する２方向へ移動させる機構を用いてもよい。

図２は細胞ピッキング装置２の制御系統の一例を示すブロック図である。

駆動部６は、水平回転部８を水平面内で回転させるためのＸ方向モータ８ａ、鉛直回転部１０を鉛直平面内で回転させるためのＹ方向モータ１０ａ、保持アーム１４をピペットチップ１８の軸方向へ移動させるためのＺ方向モータ１２ａ、及び吸引部１６の吸引動作を駆動する吸引駆動部１６ａを備えている。これらは制御部２０によって駆動量と駆動タイミングが制御される。制御部２０は、駆動量記憶部２２に記憶された駆動量や駆動タイミングに関する情報に基づいて、Ｘ方向モータ８ａ、Ｙ方向モータ１０ａ、Ｚ方向モータ１２ａ及び吸引駆動部１６ａの動作を制御するように構成されている。

制御部２０は、マイクロコンピュータなどの演算素子がプログラムを実行することによって実現される機能であり、駆動量記憶部２２は記憶装置内に設けられている一部の記憶領域によって実現される機能である。

この細胞ピッキング装置２は汎用の顕微鏡に取り付けられ、図３に示されているように、顕微鏡の試料設置台２４上に設置された容器２８内の特定の細胞をピッキングすることができる。細胞ピッキング装置２の駆動量記憶部２２は、吸引部１６に取り付けられたピペットチップ１８の先端を初期位置から顕微鏡の試料設置台２４上の「所定位置」に到達させるまでに必要なＸ方向モータ８ａ、Ｙ方向モータ１０ａ、Ｚ方向モータ１２ａの駆動量を記憶する。ピペットチップ１８の先端を到達させるべき「所定位置」とは、図５に示されているように、顕微鏡の視野に入る位置に配置された細胞を掻き取ることができる位置である。

また、駆動量記憶部２２は、Ｘ方向モータ８ａ、Ｙ方向モータ１０ａ、Ｚ方向モータ１２ａの駆動量に関する情報を、吸引部１６に取り付けられたピペットチップ１８の大きさ（長さや品番等）、細胞ピッキング装置２が取り付けられている顕微鏡の種類（品番等）及び、試料設置台２４上に設置される容器２８の種類（品番等）のうちの１又は複数と対応付けて記憶するように構成されていることが好ましい。そうすれば、細胞ピッキング装置２を種々のピペットチップ１８、顕微鏡、容器２８に適用させることができる。すなわち、例えば、容器２８の種類によって容器の底部の高さがことなるので、仮に容器２８の種類によらずモータ駆動量を同一する場合には、使用する容器２８の種類によってピペットチップ１８の先端の到達位置が異なってしまう。そこで、容器２８の種類ごとにそれぞれモータ駆動量を記憶させておき、使用する容器２８に関する情報をユーザ操作によって入力し、入力された容器２８の情報に対応付けられているモータ駆動量を自動的に読み出して設定することで、ピペットチップ１８の先端の到達位置を同じにすることができる。ピペットチップ１８の大きさや、顕微鏡の種類についても同様である。

制御部２０は、細胞ピッキングを行なう際に、駆動量記憶部２２に記憶されている情報に基づいて、ピペットチップ１８の先端を試料設置台２４上の所定位置に到達させ、そこからピペットチップ１８の先端を水平方向へ移動させて容器２８の底面に吸着した細胞を容器２８の底面から離脱させて吸引するように、駆動部６の動作を制御する。この細胞ピッキングの動作の際に、ピッキング対象の細胞が所定の位置に存在するように、ユーザが顕微鏡を用いて容器２８の位置を予め調整しておく。

細胞ピッキング装置２を用いた細胞ピッキング作業の一例について、図４のフローチャートに沿って図５から図７を参照しながら説明する。

まず、ユーザは、細胞ピッキングに用いるデバイス、すなわちピペットチップ１８、容器２８、顕微鏡に関する情報を装置に設定する（ステップＳ１）。制御部２０は、ユーザ入力に基づいて設定されたデバイスに応じたＸ方向モータ８ａ、Ｙ方向モータ１０ａ、Ｚ方向モータ１２ａの駆動量に関する情報を駆動量記憶部２２から読み出す（ステップＳ２）。

ユーザは顕微鏡の試料設置台２４上に容器２８を設置し（ステップＳ３）、ピッキング対象の細胞が顕微鏡の視野に入るように容器２８の位置を調整する（ステップＳ４）。ピッキング対象の細胞の位置調整が終了した後、ユーザは制御部２０に対して細胞ピッキングの実行指示を入力する（ステップＳ５）。

細胞ピッキングが実行されると、図５に示されているように、制御部２０はピペットチップ１８の先端が所定位置、すなわち顕微鏡の視野に入る位置に配置された細胞を掻き取ることが可能な位置に配置されるように、制御部２０が駆動部６の動作を制御する（ステップＳ６）。

制御部２０は、ピペットチップ２８の先端が容器２８の底面２８ａに接している状態から吸引部６をピペットチップ１８の先端方向へ僅かに移動させる。これにより、ピペットチップ１８の先端が容器２８の底面２８ａに斜め方向へ押し付けられ、ピペットチップ１８の先端部が弾性的に屈曲するとともに、ピペットチップ１８の先端が容器２８の底面２８ａに沿って水平方向へ移動する。この動作により、容器２８の底面２８ａに吸着していたピッキング対象の細胞が底面２８ａから離脱する（ステップＳ７）。その後、容器２８の底面２８ａから離脱したピッキング対象の細胞をピペットチップ１８の先端から吸引する（ステップＳ８）。

上記の細胞ピッキング動作では、ピペットチップ１８の先端を容器２８の底面２８ａに押し付けてピペットチップ１８を弾性的に変形させ、それによって容器２８の底面２８ａに吸着した細胞を底面２８ａから掻き取っているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ピペットチップ１８の先端を容器２８の底面２８ａに接触させた状態でピペットチップ１８を水平方向へ移動させることによって容器２８の底面２８ａに吸着した細胞を底面２８ａから掻き取るようにしてもよい。

図８は駆動部６の吸引部駆動機構１２の具体的な構成の一例を示している。

吸引部駆動機構１２は、Ｚ方向モータ１２ａによって回転させられるボールネジ３０と、ボールネジ３０の回転に伴いガイドレール３２に沿ってボールネジ３０の軸方向へ移動する移動体３４と、を備えている。吸引部１６を保持する保持アーム１４は移動体３４と連動し、ボールネジ３０の回転に伴って吸引部１６がピペットチップ１８の軸方向へ移動する。

この例の吸引部駆動機構１２は、吸引部１６からピペットチップ１８を自動的に取り外すためのチップ取外し機構を備えている。チップ取外し機構は、移動体３４にコイルバネ４０を介して取り付けられた取外しバー３８、取外しバー３８の一端部に取り付けられた取外しアーム３６、取外しバー３８の他端側に設けられたストッパ４２によって構成されている。

取外しバー３８は、ボールネジ３０と平行に設けられている。取外しアーム３６は、吸引部３６のボディのうちピペットチップ１８よりも基端側部分をスライド可能に保持している。ストッパ４２は、移動体３４が一定の位置（例えば、ホームポジションから図において上側へ５ｍｍ移動した位置）にきたときに取外しバー３８の他端と当接する位置に設けられている。

上記の構成により、取外しバー３８の他端とストッパ４２が当接する位置からさらに取外しバー３８の他端側（図において上側）へ移動体３４が移動すると、取外しバー３８の移動が停止される一方で、保持アーム１４は移動体３４とともにピペットチップ１８の基端側へ移動する。これにより、取外しアーム３６がピペットチップ１８の先端側へ吸引部１６とは相対的に移動し、取外しアーム３６がピペットチップ１８の基端を先端側へ押圧する。これにより、ピペットチップ１８が吸引部１６から取り外される。

駆動部６が上記のようなチップ取外し機構を備えている場合、制御部２０は、細胞ピッキング動作が完了した後、又はユーザが指示するタイミングで、ピペットチップ１８を所定の排気場所へ移動させ、その廃棄場所でピペットチップ１８を吸引部１６から取り外すように構成されていることが好ましい。なお、本発明においてチップ取外し機構は必須の構成ではない。

２ 細胞ピッキング装置
４ 鉛直軸
６ 駆動部
８ 水平回転部
８ａ Ｘ方向モータ
１０ 鉛直回転部
１０ａ Ｙ方向モータ
１２ 吸引部駆動機構
１２ａ Ｚ方向モータ
１４ 保持アーム
１６ 吸引部
１６ａ 吸引駆動部
１８ ピペットチップ
２０ 制御部
２２ 駆動量記憶部
２４ 試料設置台（顕微鏡）
２６ レンズ（顕微鏡）
２８ 容器
２８ａ 容器の底面
３０ ボールネジ
３２ ガイドレール
３４ 移動体
３６ 取外しアーム
３８ 取外しバー
４０ コイルバネ
４２ ストッパ

Claims (8)

1. 顕微鏡の側方に設置され、前記顕微鏡の試料設置台上に設置された容器内の細胞をピッキングするための細胞ピッキング装置であって、
   先端部にピペットチップが取り付けられ、前記ピペットチップの先端から細胞を吸引するための吸引部と、
   前記吸引部に吸引動作を行なわせるとともに前記吸引部を鉛直方向に対して傾斜した状態で水平面内方向と前記ピペットチップの軸方向へ移動させるように構成された駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部であって、前記試料設置台上の所定位置において前記ピペットチップの先端が前記試料設置台上に設置された容器の底面に接しながら水平方向へ移動するように前記吸引部を移動させて前記所定位置に配置された細胞を前記容器の底面から離脱させ、前記容器の底面から離脱させた細胞を前記ピペットチップの先端から吸引するように構成された制御部と、を備えた細胞ピッキング装置。
2. 前記制御部は、前記容器の底面から細胞を離脱させるまでは前記吸引部による吸引を行なわず、前記容器の底面から前記細胞を離脱させた後で前記ピペットチップの先端から当該細胞を吸引するように構成されている、請求項１に記載の細胞ピッキング装置。
3. 前記制御部は、前記容器の底面に対して前記ピペットチップの先端を斜めに押し当てて前記ピペットチップの先端部を弾性的に屈曲させ、それによって前記ピペットチップの先端を前記容器の底面に接触させながら移動させるように構成されている、請求項１又は２に記載の細胞ピッキング装置。
4. 前記駆動部は、前記鉛直方向に対する前記吸引部の傾斜角度を調整するための吸引部角度調整機構を備えている、請求項１から３のいずれか一項に記載の細胞ピッキング装置。
5. 前記吸引部角度調整機構は、モータによって前記吸引部を鉛直平面内において回転させるように構成されている、請求項４に記載の細胞ピッキング装置。
6. 前記ピペットチップの先端を前記所定位置に位置させるために必要な前記駆動部の駆動量に関する情報を記憶する駆動量記憶部を備え、
   前記制御部は、前記顕微鏡の前記試料設置台上に設置された容器から細胞をピッキングする際に、前記駆動量記憶部に記憶されている情報を用いて前記駆動部を制御するように構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の細胞ピッキング装置。
7. 前記駆動量記憶部は、前記吸引部の先端に取り付けられた前記ピペットチップの大きさ、前記顕微鏡の種類、及び／又は前記顕微鏡の前記試料設置台に設置される容器の種類ごとの前記駆動量に関する情報を記憶し、
   前記制御部は、前記駆動量記憶部に記憶された前記駆動量に関する情報と、ユーザ入力に基づいて設定された前記ピペットチップの大きさ、前記顕微鏡の種類、及び／又は前記容器の種類と、に基づいて前記ピペットチップの先端を前記所定位置に位置させるために必要な前記駆動部の駆動量を決定し、決定した前記駆動量を用いて前記駆動部を制御するように構成されている、請求項６に記載の細胞ピッキング装置。
8. 前記駆動部は前記吸引部を前記ピペットチップの軸方向へ移動させる動作を利用して前記ピペットチップを前記吸引部から取り外すように構成されたチップ取外し機構を備えている、請求項１から７のいずれか一項に記載の細胞ピッキング装置。

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