JP7479592B2

JP7479592B2 - 細胞吸引システム

Info

Publication number: JP7479592B2
Application number: JP2019197039A
Authority: JP
Inventors: 耕徳横山
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2024-05-09
Anticipated expiration: 2039-10-30
Also published as: JP2021069301A

Description

本発明は、細胞吸引システムに関するものである。

生命システムの研究等においては、細胞培養容器内の多くの細胞の中から特徴的な細胞を特定し、その細胞あるいはその細胞内物質を吸引する作業が頻繁に行われる。細胞あるいは細胞内物質の吸引には、管状の吸引チップが用いられている。従来、細胞あるいは細胞内物質の吸引は、吸引チップの位置を検出し、吸引対象物の吸引位置を決めた上で行われている（例えば特許文献１参照）。

従来の吸引チップの位置を検出する方法では、吸引チップを上下に移動させながら吸引チップの先端部に光を照射し、その反射光の強度変化を測定し、最大強度が得られる位置から吸引チップの先端部の位置を割り出す。このとき、十分な反射光を受光するために、レンズ等で集光させた光が吸引チップの先端に照射されるようにしている。吸引チップの上下移動において、照射する光の集光点に、吸引チップの先端が位置したときに反射光の最大強度が検出され、当該位置を吸引チップの先端の位置とみなすことができる。

特開２０１６－１１２０１２号公報

しかし、反射光の強度変化において、最大強度を明確に特定得ることができるのは、上下に移動される吸引チップの軌道上に、照射される光の集光点が位置しているとき、すなわち、吸引チップの先端が集光点を通過可能なときであった。したがって、吸引チップの先端の移動軌道上に、照射される光の集光点が位置しないとき、すなわち、吸引チップの先端が集光点を通過可能でないときは、吸引チップの先端部の位置を割り出しに時間を要していた。

本発明は、このような従来の事情を鑑みてなされたものであり、吸引チップ先端の位置の割り出しに要する時間を低減することを目的とする。

上記課題を解決するための細胞吸引システムは、被吸引対象物として細胞または細胞の少なくとも一部を吸引する細胞吸引システムであって、被吸引対象物を内部空間に取り込み可能な取込穴が設けられた吸引チップと、前記吸引チップを異なる３軸方向に移動可能な搬送部と、前記吸引チップの先端に投光する検出光を出力する発光部と、前記吸引チップの先端で反射される検出光を受光する受光部と、前記搬送部と前記発光部と前記受光部とを制御し、前記吸引チップの先端の位置を検出可能な信号処理部と、前記発光部から前記吸引チップまでの光路上に、検出光の光束を複数にする光束複数化手段とを備えることを特徴とする細胞吸引システム。

上記課題を解決するための細胞吸引システムは、前記信号処理部は、前記発光部から検出光を出力させ、前記搬送部によって前記吸引チップを鉛直方向に移動させながら、前記受光部で受光する光の強度変化を基に前記吸引チップの先端の鉛直方向の位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の細胞吸引システム。

上記課題を解決するための細胞吸引システムは、鉛直方向からの前記吸引チップの先端の画像を取得可能なカメラを備え、前記信号処理部は、前記吸引チップの先端の鉛直方向の位置における、前記カメラで撮像した前記吸引チップの先端の画像を基に前記吸引チップの先端の水平方向の位置を検出することを特徴とする請求項２に記載の細胞吸引システム。

上記課題を解決するための細胞吸引システムは、前記カメラは、鉛直方向からの被吸引対象物の画像を取得可能なものであり、前記信号処理部は、前記被吸引対象物の画像を基に被吸引対象物の位置を検出し、前記搬送部によって前記吸引チップを移動して、前記吸引チップに被吸引対象物を取り込むことを特徴とする請求項３に記載の細胞吸引システム。

本発明によれば、吸引チップ先端の位置の割り出しに要する時間を低減することができる。

本発明に係る細胞吸引システムの構成例を示す図。本発明に係る細胞吸引システムに備えられる吸引チップの構成例を示す図。光源装置の応用例を示す図。共焦点スキャナ内に受光センサがある場合の構成例を示す図。

本発明に係る細胞吸引システムは、１つの細胞または当該細胞の一部（細胞内物質）を吸引するものである。以下では、本発明に係る細胞吸引システムの一例として、試料中の１つの細胞を吸引する実施形態について記載する。

（細胞吸引システムの実施例の構成）
図１に示す細胞吸引システム１は、試料２０１を収納する容器（試料保持器）２を備える。試料２０１は、吸引対象である細胞と当該細胞を培養するための培養液とを含む。試料保持器２は、試料２０１が零れ落ちないよう、試料２０１（細胞）を載せている底面と、当該底面を囲む側面とを有する箱型に形成され、底面が水平になるように設置される。

細胞吸引システム１は、細胞を内部に取り込み可能な容器（吸引チップ）３と、吸引チップ３が装着される吸引器４と、吸引器４が取り付けられる搬送部５とを備える。尚、細胞吸引システム１は、複数の吸引チップ３を個々に保持可能な吸引チップ保持器３００（図２参照）を備える。

図２に示すように、吸引チップ３は、吸引器４に装着される側の端部である基端部３０１と、基端部３０１と接続される筒状の胴部３０２と、胴部３０２と接続される錐状の底部３０３と、底部３０３の先端から突出する針状部３０４とを備える。

基端部３０１は、吸引器４の吸引部４０１が嵌められる嵌合穴３０５を備え、嵌合穴３０５は、胴部３０２の内部空間を介して底部３０３の内部空間と連通する。吸引チップ３は、底部３０３と針状部３０４とに内包され、かつ、底部３０３の一部と針状部３０４とを貫通して設けられる細管穴（取込穴）３０６を備える。したがって、嵌合穴３０５は細管穴３０６と連通する。針状部３０４の長さは１ｍｍ前後である。細管穴３０６の長手方向の長さは２ｍｍ以下（例えば１ｍｍ～２ｍｍ）である。尚、細胞吸引システム１に備えられる吸引チップは、上記構成を備えたものに限定されず、種々の構成に代えた構成を備えていてもよい。

吸引チップ３は、例えば、ガラス、または樹脂等で成型される。細管穴３０６は、針状部３０４の先端面の開口から細胞を取り込み可能な内径（１μｍから数１００μｍ程度）を有する。例えば、細管穴３０６の内径は、１～数１０μｍであってもよく、また、１０μｍ～数１００μｍであってもよい。本発明に係る吸引チップは、被吸引対象物の大きさに対応して当該被吸引対象物の大きさよりも小さい内径で細管穴３０６が形成されることにより、種々の大きさの細胞または細胞内物質をその内部空間に適切に取り込み可能なものである。

図１に示すように、細胞吸引システム１は、吸引器４と送受信可能に接続される信号処理部６を備え、信号処理部６によって、吸引器４の動作を制御する。吸引器４は、圧力の変化などを利用して吸引チップ３内に細胞を吸引するものであり、信号処理部６によって、試料保持器２にある細胞を吸引チップ３へ吸引する動作、吸引した細胞を吸引チップ３から吐出する動作などが制御される。

搬送部５は、信号処理部６と送受信可能に接続され、細胞吸引システム１は、信号処理部６によって搬送部５の動作を制御する。搬送部５は、図示しないモータ等を用いて吸引器４を異なる３軸方向に移動可能なものであり、信号処理部６によって、吸引チップ保持器３００に収納される吸引チップ３を吸引器４に装着する動作、吸引チップ３が装着された吸引器４で細胞を吸引可能な位置へ移動する動作などが制御される。したがって、信号処理部６は、搬送部５を介して吸引チップ３を異なる３軸方向に移動可能である。

また、細胞吸引システム１は、被吸引対象物である細胞を吸引するために、試料２０１の中の被吸引対象物である細胞の位置を検出する構成（試料位置検出機構）と、吸引チップ３の先端の位置（チップ先端位置）を検出する構成（チップ先端位置検出機構）とを備える。以下では、それらの各構成について順に説明する。

まず、細胞吸引システム１において、試料位置検出機構は、試料保持器２内の細胞が発する蛍光を撮像して当該細胞の位置を検出するものであり、細胞が蛍光を発するための光（励起光）を出力する光源装置７を備える。光源装置７は、試料保持器２の下方（吸引チップ３と吸引器４と搬送部５とが設置される側と反対の側）に設置され、波長を異にする３つの光源（内部光源７０１、７０２、７０３）と、内部光源７０１～７０３に対応する３つのミラー７１１、７１２、７１３とを備える。

第１のミラー７１１は、第１の内部光源７０１から出射される励起光Ｌ１を反射して励起光Ｌ１以外の光を透過可能なダイクロイックミラーである。第２のミラー７１２は、第２の内部光源７０２から出射される励起光Ｌ２を反射して励起光Ｌ２以外の光を透過可能なダイクロイックミラーである。第３のミラー７１３は、第３の内部光源７０３から出射される励起光Ｌ３を反射可能なものである。ミラー７１１～７１３は、各反射面で反射される励起光Ｌ１～Ｌ３の光路が重なるように設置される。ミラー７１１～７１３は、各反射面で反射される励起光Ｌ１～Ｌ３が試料２０１に投光されるように設置される。

光源装置７は、信号処理部６と送受信可能に接続されており、光源装置７から出力される励起光Ｌ１～Ｌ３は信号処理部６によって制御される。具体的には、細胞が蛍光を発するのに適した波長の励起光を出射可能な内部光源が選択され、選択された例えば内部光源７０１から出射される光が励起光Ｌ１としてミラー７１１を介して試料保持器２の底面の側から試料２０１に投光される。

細胞吸引システム１は、試料保持器２から光源装置７までの光路上に顕微鏡８を備える。顕微鏡８は、試料保持器２に近い方から順に、対物レンズ８０１と結像レンズ８０２とを備える。対物レンズ８０１と結像レンズ８０２とは、各レンズの光軸が互いに一致し、その光軸が励起光Ｌ１～Ｌ３の光路に沿って配置される。対物レンズ８０１は、その光軸方向に移動可能に設けられる。また、顕微鏡８は、信号処理部６と送受信可能に接続されており、対物レンズ８０１の移動（光軸方向の位置）が信号処理部６によって独立に制御される。つまり、対物レンズ８０１による集光点が、信号処理部６によって適切な位置に調節される。信号処理部６による調節によって、例えば、対物レンズ８０１は試料２０１近傍で励起光Ｌ１～Ｌ３を集光する。尚、結像レンズ８０２は後述するピンホール９０１近傍で蛍光を集光するように、共焦点スキャナ９に対して所定の位置に設置される。

細胞吸引システム１は、被吸引対象物である細胞の２次元画像を得るための、ニポウディスク方式の共焦点スキャナ９を備える。共焦点スキャナ９は、光源装置７から顕微鏡８までの光路上に、円盤形状のピンホールディスク９０１と、円盤形状の集光ディスク９０２とを備える。ピンホールディスク９０１には、螺旋状に複数のピンホールが配置されていて、集光ディスク９０２には、ピンホールディスク９０１におけるピンホールと同じパターンで複数のマイクロレンズが備えられている。ピンホールディスク９０１と集光ディスク９０２とは、各ディスクの中心（中心軸）が同軸上で連結され、複数のマイクロレンズの各光軸は、対応する各ピンホールを通り、対物レンズ８０１および結像レンズ８０２の光軸に対して平行である。ピンホールディスク９０１および集光ディスク９０２は、その中心軸を回転軸としてモータ（不図示）によって回転され、回転される２つのディスク（複数のマイクロレンズおよび複数のピンホール）を通る励起光Ｌ１～Ｌ３は、投光対象（細胞）に対して広範囲（複数箇所）に投光される。

また、共焦点スキャナ９は、集光ディスク９０２からピンホールディスク９０１までの光路上にダイクロイックミラー９０３を備える。ダイクロイックミラー９０３は、励起光Ｌ１～Ｌ３を透過して細胞が発する蛍光を反射可能なものである。さらに、共焦点スキャナ９は、ダイクロイックミラー９０３で反射された蛍光の光路上に、試料２０１を撮像するカメラ９０４を備える。カメラ９０４は、ダイクロイックミラー９０３で反射された蛍光が入射可能に設置される。

また、共焦点スキャナ９は、ダイクロイックミラー９０３からカメラ９０４までの光路上に、リレーレンズ９０５と、回転可能に設置されるフィルタホイール９０７と、リレーレンズ９０６を備える。フィルタホイール９０７は、機能を異にする４つのフィルタ９１７、９２７、９３７、９４７を備える。フィルタ９１７、９２７、９３７、９４７は、フィルタホイール９０７の回転によって光路上に位置され得るものであり、リレーレンズ９０５を透過した光がフィルタ９１７またはフィルタ９２７へ入射される。尚、フィルタ９１７とフィルタ９２７と９３７と９４７とは、すべてが互いに異なる波長範囲の光を透過可能なものである。フィルタ９１７は、ダイクロイックミラー９０３で反射された励起光Ｌ１による蛍光以外の光を反射または吸収して当該蛍光を透過可能なものである。フィルタ９２７は、ダイクロイックミラー９０３で反射された励起光Ｌ２による蛍光以外の光を反射または吸収して当該蛍光を透過可能なものである。フィルタ９３７は、ダイクロイックミラー９０３で反射された励起光Ｌ３による蛍光以外の光を反射または吸収して当該蛍光を透過可能なものである。フィルタ９４７については後述する。

リレーレンズ９０５は、ダイクロイックミラー９０３とフィルタホイール９０７との間において、その光軸が光路に沿い、その焦点がピンホールディスク９０１に一致するように配置される。リレーレンズ９０６は、フィルタホイール９０７とカメラ９０４との間において、その光軸がリレーレンズ９０５の光軸と一致し、その焦点がカメラ９０４の撮像面に一致するように配置される。リレーレンズ９０６は、フィルタホイール９０７に備えられたいずれかのフィルタ（フィルタ９１７～９４７）を透過した光をカメラ９０４に集光する。

上述した構成を備えた共焦点スキャナ９は、信号処理部６と送受信可能に接続されている。よって、共焦点スキャナ９においては、信号処理部６によって、ピンホールディスク９０１および集光ディスク９０２の回転動作、フィルタホイール９０７の回転動作、カメラ９０４の撮像動作等がそれぞれ独立して制御されている。フィルタホイール９０７が、回転されることによって、ダイクロイックミラー９０３で反射された蛍光の光路上に位置するフィルタ（フィルタ９１７～９４７）が選択される。カメラ９０４で撮像された鉛直方向からの吸引対象物（細胞）の画像は、カメラ９０４に内蔵された記録部に記録される。そして、その画像は、信号処理部６に転送されて解析される。尚、画像が記録されるのは、カメラ９０４内部の記録部に限らず、外部の記録部であってもよい。

以上のように、細胞吸引システム１は、試料位置検出機構を備えることにより、蛍光をカメラ９０４で撮像して細胞の画像を取得し、その画像の解析結果から細胞の位置を検出することができる。本実施形態において、試料位置検出機構は、信号処理部６と、光源装置７と、顕微鏡８と、共焦点スキャナ９とを含んで構成される。

次に、細胞吸引システム１において、チップ先端位置検出機構は、所定の光（検出光）を吸引チップ３の先端に投光し、吸引チップ３の先端で反射された検出光（検出反射光）の強度からチップ先端位置を検出するものである。チップ先端位置検出機構は、吸引チップ３の先端の位置情報を取得するチップ先端検出ユニット１０を備える。チップ先端検出ユニット１０は、光源装置７から共焦点スキャナ９までの光路上に設けられる。

チップ先端検出ユニット１０は、検出光を出射する発光部である光源（チップ先端検出光源）１０１と、検出光を平行光にするコリメートレンズ１０２と、検出光と検出反射光とを反射して励起光Ｌ１～Ｌ３を透過する機能を有するダイクロイックミラー１０３と、検出光を透過して検出反射光を反射可能なハーフミラー１０４を備える。ダイクロイックミラー１０３は、対物レンズ８０１および結像レンズ８０２の光軸の延長線上に設置される。

チップ先端検出光源１０１は、チップ先端検出光源１０１から出射される検出光が、コリメートレンズ１０２に入射されて平行光となった後にハーフミラー１０４を透過し、ダイクロイックミラー１０３で反射された後に共焦点スキャナ９内の集光ディスク９０２（マイクロレンズ）と前記機能の他に検出光と検出反射光を透過する機能を有するダイクロイックミラー９０３とピンホールディスク９０１（ピンホール）とを順に通り、対物レンズ８０１および結像レンズ８０２の光軸に沿うように設置される。

また、チップ先端検出ユニット１０は、ハーフミラー１０４で反射された検出反射光の強度を測定する受光センサ（受光部）１０５を備える。受光センサ１０５は、ハーフミラー１０４で反射された検出反射光が入射可能に設置される。

上述した構成を備えたチップ先端検出ユニット１０は、信号処理部６と送受信可能に接続されている。よって、チップ先端検出ユニット１０においては、信号処理部６によって、受光センサ１０５の測定動作等がそれぞれ独立して制御されている。信号処理部６は、受光センサ１０５による測定結果から鉛直方向のチップ先端位置（チップ先端のｚ位置）を検出する。

また、チップ先端検出ユニット１０は、例えば、チップ先端検出光源１０１からコリメートレンズ１０２までの光路上に、ズームレンズまたは絞り機構を備えて、コリメートレンズ１０２に入射される検出光の光束径を調節可能にしてもよい（不図示）。コリメートレンズ１０２に入射される検出光の光束径を拡径することで、試料２０１の単位面積あたりに投光する光の強度を低減することができる。一方、コリメートレンズ１０２に入射される検出光の光束径を縮径することで、吸引チップ３の先端に投光される単位面積当たりの検出光の強度が増し、検出反射光の強度が増加して、ノイズ（外部からの迷光など）に対する検出反射光の強度比が大きくなる。

本実施形態では、ダイクロイックミラー９０３は、前述した機能の他に、検出反射光を反射する機能を備える。つまり、ダイクロイックミラー９０３は、検出反射光を反射光と透過光とに分岐可能なものである。フィルタ９２７は、ダイクロイックミラー９０３で反射された検出反射光以外の光を反射または吸収して当該検出反射光を透過可能なものである。細胞吸引システム１において、フィルタホイール９０７の回転でフィルタ９２７を光路上に位置することによって、カメラ９０４を用いて鉛直方向から吸引チップ３の先端を撮像することもできる。撮像された画像は信号処理部６によって解析され、その結果から水平方向の吸引チップ３の先端位置（チップ先端のｘ、ｙ位置）が検出される。

以上のように、細胞吸引システム１は、チップ先端位置検出機構を備えることにより、チップ先端位置のｘ、ｙ、ｚ位置を検出することができる。本実施形態において、チップ先端位置検出機構は、吸引チップ３と、吸引器４と、搬送部５と、信号処理部６と、顕微鏡８と、共焦点スキャナ９と、チップ先端検出ユニット１０とを含んで構成される。

（細胞吸引システムの実施例の作用と動作）
上記構成における細胞吸引システム１の作用と動作について以下で説明する（図１参照）。

細胞吸引システム１は、チップ先端位置と細胞の位置を検出する。吸引チップ３の先端の位置情報と細胞の位置情報を基に、搬送部５は吸引器４と共に吸引チップ３を移動させ、試料保持器２にある例えば１つの細胞を吸引チップ３に吸引する。以下ではその具体的な動作について説明する。

まず、細胞吸引システム１は、吸引チップ３を吸引器４に装着する。具体的には、信号処理部６が、搬送部５を動作制御して吸引器４を吸引チップ保持器３００の穴上に移動した後、吸引チップ保持器３００に収納された吸引チップ３に近づけるように下げる。吸引器４が下げられることにより、吸引部４０１は嵌合穴３０４に押し当てられ、基端部３０１と吸引チップ保持器３００とが接する面（フランジ面）３０７で試料保持器３００からの反力を受けて吸引チップ３が吸引部４０１に嵌められる。

その後、信号処理部６は、搬送部５を動作制御して、吸引チップ３を対物レンズ８０１および結像レンズ８０２の光軸の延長線上近傍に移動する。

次に、細胞吸引システム１は、チップ先端位置を検出する。具体的には、信号処理部６が、チップ先端位置検出機構を動作制御して、チップ先端検出光源１０１から検出光を出射させて吸引チップ３の先端での反射光（検出反射光）を受光センサ１０５で受けることで、まずはチップ先端のｚ位置を検出する。チップ先端検出光源１０１から出射された検出光は、コリメートレンズ１０２で平行光とされ、ハーフミラー１０４に入射する。ハーフミラー１０４は、検出光を透過して検出反射光を反射する機能を有しているので、検出光は平行光のままハーフミラー１０４を透過してダイクロイックミラー１０３に入射される。

ダイクロイックミラー１０３は、検出光を反射する機能を有しているので、ハーフミラー１０４を透過した平行光の検出光はダイクロイックミラー１０３で反射されて共焦点スキャナ９内の集光ディスク９０２（マイクロレンズ）、ダイクロイックミラー９０３、ピンホールディスク９０１（ピンホール）を順に透過する。
マイクロレンズとピンホールとを通った検出光は、結像レンズ８０２、対物レンズ８０１の順に入射されて吸引チップ３先端に投光される。

集光ディスク９０２およびピンホールディスク９０１は、信号処理部６によって常時回転されているので、対物レンズ８０１によって吸引チップ３の近傍に集光される検出光は、複数の光束となって吸引チップ３に投光される。よって、結像レンズ８０２および対物レンズ８０１の光軸に重なる検出光の光路に対して、吸引チップ３の先端が水平方向にずれた位置に位置していたとしても、これら複数の光束うち少なくとも１つの光束が吸引チップ３の先端に投光されて検出反射光を得ることができる。つまり、吸引チップ３の近傍に集光される検出光の各光束は、吸引チップ３の先端近傍の複数箇所で集光されるため、従来技術と比較して吸引チップ３の先端位置を検出可能な範囲が拡大される。光束複数化手段は、吸引チップ３の先端近傍の複数箇所で検出光を集光するものであればよく、例えば、集光ディスクのみで構成されるものであってもよい。本実施形態における光束複数化手段は、集光ディスク９０２およびピンホールディスク９０１によって構成される。よって、本実施形態における光束複数化手段では、同一平面上に検出光が複数箇所に集光される。

吸引チップ３の先端で反射された検出光（検出反射光）は、対物レンズ８０１および結像レンズ８０２と、ピンホールディスク９０１（ピンホール）とを通り、ダイクロイックミラー９０３に入射される。ダイクロイックミラー９０３は、検出反射光を反射光と透過光とに分岐する機能を有しているので、検出反射光はダイクロイックミラー９０３で反射光と透過光とに分岐される。

ダイクロイックミラー９０３を透過した検出反射光は、集光ディスク９０２を通り、ダイクロイックミラー１０３およびハーフミラー１０４でそれぞれ反射されて受光センサ１０５に入射される。受光センサ１０５は、入射された検出反射光の強度を測定する。信号処理部６は、搬送部５によって吸引チップ３を鉛直方向に移動させながら、検出反射光の強度を測定し、測定された検出光の強度が最大であった時の吸引チップ３の位置をチップ先端のｚ位置とする。

一方、ダイクロイックミラー９０３で反射された検出反射光は、リレーレンズ９０５に入射される。リレーレンズ９０５によって平行光となった検出反射光は、フィルタホイール９０７に入射される。この時、フィルタホイール９０７は、信号処理部６によって、光路上にフィルタ９４７が位置するように回転された状態であり、検出反射光はフィルタ９４７に入射される。そして、フィルタ９４７によって所定の波長範囲の光、すなわち検出反射光のみがリレーレンズ９０６に入射される。リレーレンズ９０６によって集光された検出反射光は、カメラ９０４に入射される。カメラ９０４は、受光した検出反射光によって吸引チップ３の先端を撮像し、その画像はカメラ９０４の記録部に記録されると共に信号処理部６に送られる。信号処理部６は、当該画像を解析してチップ先端のｘ、ｙ位置を検出する。

以上の手順によって、チップ先端位置が検出される。

次に、細胞吸引システム１は、細胞の位置を検出する。具体的には、信号処理部６が試料位置検出機構を操作制御して、光源装置７から出力する光、すなわち、内部光源７０１～７０３の何れかを選択する。ここで選択される光は、細胞が蛍光を発するのに適した波長の光であり、例えば、内部光源７０１を選択する。選択された内部光源７０１から出射された励起光Ｌ１は、ミラー７１１で反射されて光源装置７から出力される。

光源装置７から出力された励起光Ｌ１は、ダイクロイックミラー１０３に入射する。ダイクロイックミラー１０３は励起光Ｌ１を透過する機能を有しているので、励起光Ｌ１はダイクロイックミラー１０３を透過して、共焦点スキャナ９内の集光ディスク９０２（マイクロレンズ）、ダイクロイックミラー９０３、ピンホールディスク９０１（ピンホール）を順に透過する。

集光ディスク９０２およびピンホールディスク９０１は、信号処理部６によって常時回転されている。マイクロレンズとピンホールとを通った励起光Ｌ１は、結像レンズ８０２、対物レンズ８０１の順に入射されて細胞に投光される。対物レンズ８０１によって試料２０１の近傍に集光される励起光Ｌ１は、集光ディスク９０２およびピンホールディスク９０１の回転によって、複数の光束となって試料２０１に投光される。

励起光Ｌ１によって細胞が発する蛍光は、対物レンズ８０１および結像レンズ８０２と、ピンホールディスク９０１（ピンホール）とを通り、ダイクロイックミラー９０３に入射される。ダイクロイックミラー９０３は、蛍光を反射する機能を有しているので、蛍光はダイクロイックミラー９０３で反射される。

ダイクロイックミラー９０３で反射された励起光Ｌ１による蛍光は、リレーレンズ９０５に入射される。リレーレンズ９０５によって平行光となった蛍光は、フィルタホイール９０７に入射される。この時、フィルタホイール９０７は、信号処理部６によって、光路上にフィルタ９１７が位置するように回転された状態であり、蛍光はフィルタ９１７に入射される。そして、フィルタ９１７によって所定の波長範囲の光、すなわち蛍光はのみがリレーレンズ９０６に入射される。リレーレンズ９０６によって集光された蛍光は、カメラ９０４に入射される。カメラ９０４は、受光した蛍光によって細胞を撮像し、その画像はカメラ９０４の記録部に記録されると共に信号処理部６に送られる。信号処理部６は、当該画像を解析して細胞の位置を検出する。試料２０１の近傍に集光される励起光Ｌ１の光束は、試料２０１の複数箇所で集光されるため、画像解析に必要とされる十分な明るさの画像を取得することができる。

以上の手順によって、細胞の位置が検出される。尚、信号処理部６が内部光源７０２または内部光源７０３を選択した場合でも、同様の方法で細胞の位置が検出される。

細胞吸引システム１において信号処理部６は、細胞の位置情報を基に吸引対象物（細胞）を特定し、吸引チップ３の先端位置情報を基に搬送部５を制御して吸引チップ３の先端を吸引対象物の位置上に移動させる。吸引器４は、信号処理部６によって試料保持器２にある細胞を吸引チップ３に吸引する。

本発明に係る細胞吸引システムは、チップ先端位置を検出した後に細胞の位置を検出するものであるが、検出の順序はこの順序に限定されない。ただし、チップ先端位置を検出した後に細胞の位置を検出する場合は、チップ先端位置を検出した後にチップ先端検出光源１０１からの検出光の出射を停止させ、細胞の位置を検出する。一方、細胞の位置を検出した後にチップ先端位置を検出する場合は、細胞の位置を検出した後にチップ先端検出光源装置７からの励起光（Ｌ１～Ｌ３）の出力を停止させ、チップ先端位置を検出する。

本実施形態に係る細胞吸引システム１によれば、吸引チップ３の近傍に集光される検出光の複数の光束は、各光束が吸引チップ３の先端近傍の複数箇所で集光されるため従来技術と比較して検出範囲が拡大可能なものである。

（本発明の実施形態の応用例）
上記構成の変形例を以下に示す。

本発明に係る細胞吸引システムは、上述した実施形態に記載された細胞吸引システム１のように、光源装置７を備えたものに限定されない。

本発明に係る細胞吸引システムにおいて、光源装置は、試料に投光する適切な光を出力することができるものであればよく、光源装置に備えられる内部光源の数量等は、特に限定されない。このとき、光源装置は、内部光源の配列等に応じて適切な性質を持つ１以上のミラーを備えてもよい。

例えば、本発明に係る細胞吸引システムは、光源装置７に代えて以下の７ｅなどの構成を備えるものであってもよい。図３で示すように、３つの内部光源（７０１ｅ、７０２ｅ、７０３ｅ）に対して２つのダイクロイックミラー（７１１ｅ、７１２ｅ）だけを備える光源装置７ｅであってもよい。内部光源７０１ｅ、７０２ｅとダイクロイックミラー７１１ｅ、７１２ｅとは、本実施形態と同様に設置され、内部光源７０３ｅは、ダイクロイックミラー７１１ｅ、７１２ａにおける各反射面の略中心を結ぶ直線上であって、対物レンズ８０１および結像レンズ８０２の光軸の延長線上に設置される。

また、本発明に係る細胞吸引システムにおいて、光源装置は、例えば、内部光源に代えて、または、加えて、出射する光の波長が可変の波長可変光源を備えてもよい。波長可変光源のみを備える場合、光源装置は、ミラーを備えなくともよい。

本発明に係る細胞吸引システムは、上述した実施形態に記載された細胞吸引システム１のように、１つの回転可能なフィルタホイール９０７にフィルタ９１７およびフィルタ９２７が備えられるものに限定されない。例えば、フィルタホイール９０７に代えて以下の構成を備えるものであってもよい。

本発明に係る細胞吸引システムにおいて、カメラの手前に備えられるフィルタは、カメラに入射する光の波長を選択的に限定することができれば、その構成および機構等は特に限定されない。例えば、本発明に係る細胞吸引システムにおいては、別々のフィルタホイールに機能を異にするフィルタがそれぞれ備えられてもよく、また、独立して摺動可能なスライダ等に機能を異にするフィルタがそれぞれ備えられてもよい。尚、フィルタホイールに備えられるフィルタの種類は、光源装置から出力される波長の光の種類に対応して備えられる。

本発明に係る細胞吸引システムは、上述した実施形態に記載された細胞吸引システム１のように、チップ先端検出光源１０１がチップ先端検出ユニット１０内に備えられたものに限定されず、吸引チップの先端に投光可能な位置に備えられていればチップ先端検出ユニットの外に備えられていてもよい。例えば、光源装置内にチップ先端検出光源が備えられる、すなわち、光源装置が、励起光だけでなく検出光を出力させるものであってもよい。尚、このような光源装置において、チップ先端検出光源は、そこから出射される検出光がマイクロレンズとピンホールとを通過後に、吸引チップの先端に投光されるように設置される。

本発明に係る細胞吸引システムは、上述した実施形態に記載された細胞吸引システム１のように、受光センサ１０５がチップ先端検出ユニット１０内に備えられたものに限定されず、受光センサが吸引チップの先端で反射された光の強度を測定することができればチップ先端検出ユニットの外に備えられていてもよい。例えば、図４で示すように、共焦点スキャナ９ｆ内に受光センサ９０９ｆが設置されてもよい。この時、共焦点スキャナ９ｆは、ダイクロイックミラー９０３ｆからリレーレンズ９０５ｆまでの光路上に、ダイクロイックミラー９０８ｆを備える。ダイクロイックミラー９０８ｆは、ダイクロイックミラー９０３ｆで反射された光Ｌ_R1を反射光Ｌ_R2と透過光Ｌ_R3とに分岐可能なものである。受光センサ９０９ｆは、ダイクロイックミラー９０８ｆでの反射光Ｌ_R2が入射可能に設置される。

本発明に係る細胞吸引システムは、上述したいずれの変形例で構成されるものであっても、実施例と同様に、吸引チップの近傍に集光される検出光の複数の光束それぞれが吸引チップの先端近傍の複数箇所で集光されるため、従来技術と比較して検出範囲が拡大可能なものである。また、本発明に係る細胞吸引システムは、実施例で示した１つの細胞でなくても、細胞内物質を吸引可能なものである。

１細胞吸引システム
２試料保持器
２０１試料
３吸引チップ
３００吸引チップ保持器
３０１基端部
３０２胴部
３０３底部
３０４針状部
３０５嵌合穴
３０６細管穴（取込穴）
３０７フランジ面
４吸引器
４０１吸引部
５搬送部
６信号処理部
７光源装置
７０１、７０２、７０３内部光源
７１１、７１２、７１３ミラー
８顕微鏡
８０１対物レンズ
８０２結像レンズ
９共焦点スキャナ
９０１ピンホールディスク
９０２集光ディスク
９０３ダイクロイックミラー
９０４カメラ
９０５リレーレンズ
９０６リレーレンズ
９０７フィルタホイール
９１７、９２７、９３７、９４７フィルタ
１０チップ先端検出ユニット
１０１チップ先端検出光源（発光部）
１０２コリメートレンズ
１０３ダイクロイックミラー
１０４ハーフミラー
１０５受光センサ（受光部）

Claims

被吸引対象物として細胞または細胞の少なくとも一部を吸引する細胞吸引システムであって、
被吸引対象物を内部空間に取り込み可能な取込穴が設けられた吸引チップと、
前記吸引チップを異なる３軸方向に移動可能な搬送部と、
前記吸引チップの先端に投光する検出光を出力する発光部と、
前記発光部から前記吸引チップまでの光路上に配置され、前記発光部から出力された前記検出光の光束を複数にする光束複数化手段と、
前記複数の光束のうち少なくとも一つの光束が前記吸引チップの先端で反射された検出反射光を、第1検出光および第２検出光に分岐するミラーと、
前記第１検出光を受光する受光部と、
前記第２検出光を受光し、鉛直方向からの前記吸引チップの先端の画像を撮像するカメラと、
前記搬送部と前記発光部と前記受光部と前記カメラとを制御し、前記第１検出光に基づき前記吸引チップの先端の鉛直方向の位置を検出し、かつ、前記カメラが撮像した前記画像に基づき、前記吸引チップの先端の水平方向の位置を検出する信号処理手段とを備える
ことを特徴とする細胞吸引システム。
前記発光部から検出光を出力させ、前記搬送部によって前記吸引チップを鉛直方向に移動させながら、前記受光部で受光する前記第１検出光の強度変化を基に前記吸引チップの先端の鉛直方向の位置を検出する
ことを特徴とする請求項１に記載の細胞吸引システム。
前記カメラは、鉛直方向からの被吸引対象物の画像を取得可能なものであり、
前記信号処理部は、前記被吸引対象物の画像を基に被吸引対象物の位置を検出し、前記搬送部によって前記吸引チップを移動して、前記吸引チップに被吸引対象物を取り込む
ことを特徴とする請求項２に記載の細胞吸引システム。