JPH04201088A - ピペット装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ピペット装置、特に、試料を採取するための
ピペット装置に関する。

〔従来の技術］ たとえば、細胞等に微小注射を行ったり細胞内の電位を
測定しようとする場合には、マイクロマニピュレータが
用いられる。−船釣なマイクロマニピュレータでは、顕
微鏡視野下で、微小針や微小ピペット等の微小器具を操
作して、シャーレ等の容器内に入れられた細胞等の微小
な被処理物に所定の処理を施すようになっている。

この種のマイクロマニピュレータで用いられるマイクロ
ピペットは、たとえばマイクロシリンジに連絡されてい
る。このマイクロシリンジは、シリンダと、シリンダ内
に摺動可能に挿入されたプランジャとから主に構成され
ており、プランジャは駆動装置を備えている。プランジ
ャの駆動装置は、ねしダイヤルを備えており、このねし
ダイヤルを回すとねし送り方式によりプランジャをシリ
ンダ内で摺動させることができる。

上述のマイクロピペットにたとえば細胞を吸引する場合
は、シャーレ等の容器内に入れられた細胞懸／ｆ５液中
にマイクロピペットの先端部を配置し、駆動装置により
プランジャをシリンダから抜き取る方向に摺動する。こ
れにより、シリンダの内圧が下がり、マイクロピペット
内に細胞懸濁液が吸引される。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記従来のマイクロピペットでは、マイクロピペット内
の細胞懸濁液を他の容器へ移し替えるためにマイクロピ
ペットを細胞懸濁液から持ち上げると、マイクロピペッ
ト先端部での圧力変化（すなわちマイクロピペット先端
部での水圧の変化）によりマイクロピペット内に吸引さ
れた細胞懸濁液がマイクロピペット外に流出してしまう
。

そこで、従来は、プランジャの駆動装置のダイヤルを手
動で微調整することによりマイクロピペット内に吸引さ
れた細胞懸濁液の容量を維持している。ところが、この
ような＠調整は、オペレー“ターの熟練を要し、また作
業効率が悪い。

本発明の目的は、吸引された液体試料の容量を容易に維
持することができる、作業効率の良好なピペット装置を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段］ 本発明のピペット装置は、液体試料を採取するためのも
のである。このピペット装置は、ピペット本体と、ピペ
ット本体を移動させるためのマニピュレータと、ピペッ
ト本体の内圧を調整することによりピペット本体内に液
体試料を吸引するだめの吸引手段と、ピペット本体内に
吸引された液体試料の容量を維持するようピペット本体
の内圧を調整するための調圧手段とを備えている。調圧
手段は、マニピュレータと連動して作動する。

〔作用〕

本発明のピペット装置では、ピペット本体は、マニピュ
レータにより遠隔操作され、たとえば先端部分がシャー
レ等の容器内に入れられた液体試料内に配置される。こ
の状態で吸引手段を作動すると、ピペット本体の内圧が
下がり、ピペット本体内に液体試料が吸引される。ピペ
ット本体内に吸引された液体試料を別の容器等に移す場
合は、マニピュレータを作動してピペット本体をシャー
レ内から持ち上げる。この際、液体試料内を移動するピ
ペット本体の先端部には、圧力変化が発生する。すなわ
ち、ピペット本体の先端部に加わる水圧は、ピペット本
体が液体試料内を上昇するにしたがって低下する。この
ような圧力変化により、ピペット本体内に吸引された液
体試料はピペット本体から流出しようとする。しかし、
本発明では、マニピュレータと連動して調圧手段が作動
して移動中のピペット本体の内圧が調整されるため、液
体試料の流出が起こらない。すなわち、調圧手段により
ピペット本体の内圧が低下し、ピペット本体の内圧と移
動中のピペット本体先端部に加わる水圧とが均衡し、ピ
ペット本体からの液体試料の流出が防止される。

このように、本発明のピペット装置は、ピペット本体内
に吸引された液体試料の容量が容易に維持されるため、
作業効率が良好である。

〔実施例〕

第２図は、本発明の一実施例としてのピペット装置を採
用したマイクロマニピュレータの概略図である０図にお
いて、マイクロマニピュレータは、ベースｌ上に載置さ
れた顕微鏡２と、顕微鏡２０側方に配置された移動装置
３と、制御装置４とから主に構成されている。

顕微鏡２は、その中央部に操作台５を有しており、操作
台５には被処理物が入れられたシャーレ等の容器６が載
置され得るようになっている。操作台５の下方には対物
レンズ７が配置されており、対物レンズ７はテレビカメ
ラ８に接続されている。

テレビカメラ８は制御装置４に電気的に接続されており
、対物レンズ７で得られた像の信号を制御装置４に送る
ようになっている。

移動装置３は、ベース１上に載置されており、また制御
装置４に電気的に接続されている。移動装置３の下部は
台９であり、台９Ｌに粗動部１０が取り付けられている
。粗動部１０は、図示しないステッピングモータにより
、台９に対して数十μｍ単位の動きを垂直方向及び水平
方向に行い得るようになっている。粗動部１０の顕微鏡
２側の面には微動部１１が取り付けられている。微動部
１１は、電磁方式により、水平及び鉛直方向（Ｘ。

Ｙ、Ｚ方向）に１μｍ単位の動きを行い得るようになっ
ている。

微動部１１には、ピペット装置１２が取り付けられてい
る。ピペット装置１２は、第１図に示すように、ピペッ
ト本体１４と、制御部１５とから主に構成されている。

ピペット本体１４は、円筒状の部材であり、一端に縮径
された吸排孔１７が設けられている。また、ピペット本
体１４の他端は開口しており、チューブ１９の一端が貫
通されたシール材１日により封止されている。ピペット
本体１４は、微動部１１から延びるホルダ１３に支持さ
れている。ホルダ１３は、微動部１１から顕微鏡２方向
に水平に延びるアーム１３ａと、アーム１３ａに対して
所定の角度で取り付けられた把持部１６とから構成され
ている。把持部１６は、概ね円筒状の部材であり、内部
にピペット本体１４を挿通することによりピペット本体
１４を支持し得るようになっている。なお、ホルダ１３
により支持されたピペット本体１４・は、吸排孔１７側
が容器６側へ延ばされている。

制御部１５のパネルには、メンブランフィルタ２６が取
り付けられており、そこにはチューブ１９の他端が連結
されている。制御部１５内には、ピペット本体１４の作
動装置２０が収納されている。作動装置２０は、ステッ
ピングモータ２１とシリンダ２２とから主に構成されて
いる。ステッピングモータ２１は、制御装置４と連結さ
れており、たとえばｌパルスあたり０．９°でねじ棒２
３を回動し得る。ねじ棒２３の一端は、移動プロ／り２
４に螺着されている。移動ブロック２４は、ねし棒２３
の回動により、ねし棒２３上を第１図の矢印方向に移動
し得る。なお、移動ブロック２４は、回転止のための軸
２４ａを有している。

シリンダ２２は、一端が開口しており、そこからピスト
ン２５が挿入されている。ピストン２５は、移動ブロッ
ク２４に固定されている。シリンダ２２の他端には、連
結管２７の一端が接続されている。連結管２７の他端は
、メンブランフィルタ２６に接続されている。これによ
り、シリンダ２２とピペット本体１４とは、連結管２７
、メンブランフィルタ２６及びチューブＩ９を介して連
結されていることになる。

制御装置４は、コントロールユニット３０と、ＣＲＴ３
１と、操作ボンクス３２とを主に備えている。コントロ
ールユニット３０は、電源やマイクロコンピュータ等を
内蔵しており、移動装置３やピペット装置１２の動作等
を制御し得るようになっている。ＣＲＴ３１は、対物レ
ンズ７で得られた細胞等の像を表示する他、操作手順や
オペレーターとの会話内容を表示するようになっている
。

操作ボックス３２は、オペレーターがマイクロマニピュ
レータを制御するのに使用するものである。

操作ボックス３２には、種々の条件設定等を行うための
キー群３３と、粗動部１０の移動を指令するための粗動
部操作キー３４と、マイクロマニピュレータの作動モー
トをオペレーターに知らせるための種りのランプ群３５
と、微動部１１の移動を指令するためのジョイスティッ
ク３６とカ設ケられている。なお、キー群３３には、マ
ニピュレータの作動開始キー、ピペット本体１４内に液
体試料を吸引することを指令するための吸引キー、吸引
された試料の吐出を指令するための吐出キー等が含まれ
ている。

第３図に示すように、コントロールユニット３０内のマ
イクロコンピュータは、Ｉｌｏ、）ニー１−３８を有す
るＣＰＵ３７を備えている。Ｉ１０ボート３８には、操
作ボンクス３２及びその他の入力部が接続されている。

また、Ｉ１０ボート３Ｂには、顕＠鏡２、移動装置３、
ピペット装置１２及びＣＲＴ３１等のその他の出力部が
接続されている。

次に、第４Ａ図及び第４Ｂ図に示す制御フローチャー［
−にしたがって、上述のマイクロマニピュレータにおけ
るピペット装置１２の動作を説明する。ここでは、容器
６内に入れられた細胞懸濁液を吸引する場合について説
明する。なお、容器６内には、第５図に示すように、深
さＸ（−）だけ細胞懸濁液が入れられているものとする
。

マイクロマニピュレータの図示しないメインスインチを
ＯＮにすると、プログラムがスタートする。ステップＳ
ｌでは、移動装置３を初期位置に設定したり、後述する
吸引フラグを［ＯＪ　　（ＯＦＦ）に設定したりする等
の初期設定が行われる。

ステップＳｌが終了すると、プログラムはオペレーター
による入力操作を待つ。ステップＳ２では、キー群３３
により作業条件が入力されたか否かを判断する。ステッ
プＳ４では、移動装置３の作動開始キーが押されたか否
かを判断する。ステップＳ１２では、ピペット装置１２
による吸引動作を指令をするための吸引キーが押された
か否かを判断する。ステップＳ１６では、ピペット装置
１２に吸引された試料の吐出動作を指令するための吐出
キーが押されたか否かを判断する。ステ。

プ３１９では、その他の処理を行うためのキーが押され
たか否かを判断する。ステップＳ２１では、終了キーが
押されたか否かを判断する。オペレーターが操作ボック
ス３２の操作を行わない場合には、オペレーターが必要
な操作を行うまでプログラムは待期状態になる。

オペレーターにより条件が入力されると、プログラムは
ステップＳ２からステップＳ３に移行する。そして、ス
テップＳ３では、人力された数値等を所定のメモリに記
憶する等の設定動作が行われる。なお、ステップＳ２に
おいてオペレーターが人力する条件は、たとえばピペッ
ト本体１４の内半径Ｒ１や吸排孔１７の内半径Ｒ２等で
ある。

オペレーターが移動装置３の作動開始キーをＯＮすると
、プログラムはステップＳ４からステップＳ５に移行す
る。ステップＳ５では、吸引フラグが「ＩＪ　　（ＯＮ
）であるか「ＯＪ　　（ＯＦＦ）であるかを判断する。

容器６内の細胞を他の容器に移す際に、ビペ７）本体Ｉ
４の吸排孔Ｉ７を容器６内に配置する場合は、初期設定
で吸引フラグがＯＦＦとなっているので、プログラムは
ステップＳ５からステップＳ６に移行する。ステップＳ
６では、移動装置３が作動可能状態となる。ここでは、
オペレーターが粗動部操作キー３４を操作することによ
り、移動装置３の粗動部１０が上下方向または水平方向
に粗動する。また、ジョイスティック３６の操作により
微動部１１がｘ、ｙ、ｚ方向に微動する。これらの操作
により、オペレーターはピペット装置１２のピペット本
体１４を移動させることができる。すなわち、操作ホッ
クス３２の操作で移動装置３を移動させることにより、
ピペット本体１４の吸排孔１７を第５図に示すように容
器６内の細胞懸濁液中に配置して細胞のある位置まで移
動させることができる。

ステップＳ７では、上述のようにして移動されたピペッ
ト本体１４の吸排孔Ｉ７が位１する細胞懸濁液中におけ
る深さＨ（ａｎ）（第５図参照）が検出される。Ｈの値
は、たとえば制御装置４が移動装置３の作動量を算出し
、吸排孔Ｉ７の位置座標を算出することにより求められ
る。なお、本実施例において、細胞懸濁液中の細胞が容
器６の底に沈降している場合は、Ｈの値はＸの値と等し
い。

次に、ステップＳ８において、後述する容量保持動作（
ステップ５ｌｌ）で用いる補正値の演算が行われる。こ
こで、補正値の演算について説明する。いま、第５図に
示すように、ピペット本体１４の吸排孔１７が容器６の
底部に配置されているもの上する。この場合、吸排孔１
７に加わる水圧は、１１　、、’　ｌ　Ｏｇ　ｆ　／ｌ
：１ｌｌｌとなる。一方、ピペット本体１４を移動させ
て吸排孔１７を深さＨのところからｈ　＋ｒ＋ｍだけ上
昇させると、吸排孔１７に加わる水圧は、 （Ｈｈ）／１０ｇｆ／ｃ艷 となる。したがって、ピペット本体１４が移動する前後
で吸排孔１７に加わる水圧はｈ／１０ｇｆ／ｃｔだけ小
さくなる。この圧力変化により、ピペット本体１４内に
吸引された細胞懸濁液は、ピペット本体１４の内圧によ
り、通常は吸排孔１７から外部に流出しようとする。細
胞懸濁液の流出により、ピペット本体Ｉ４内に吸引され
た細胞懸濁液の液面の高さは低くなるが、その変化量（
△Ｚ）は、次の弐で表される。

△１−（Ｒｚ／　Ｒ＋）２ｈ　／　ｒ　ｚ　　（ｃｍ）
なお、式中、Ｒ，及びＲ２は、それぞれステ、プＳ３で
設定されたピペット本体１４の内半径及び吸排孔１７の
内半径である。

仮に、ＴがＩｇｆ／ｃｆｆｌであり、Ｒ２／Ｒ，が１／
１０であれば、△Ｚは次のようになる。

△Ｚ　−（ｈ　／　Ｉ　（１０）　ｃｔａ　−（ｈ　／
　１０　）　ｗｍこうして計算された△Ｚの値は、ピペ
ット本体１４の内径を０．７＋＋ｕｎと仮定すると、体
積にして３８ｈｎｆに相当する。これは、ピペット本体
１４を１ｍｍ持ち上げると３８０２の細胞懸濁液が流出
してしまうことを意味している。ステップＳ８では、こ
の３８ｈｎｊ２の値が補正値となる。得られた補正値は
、ステップＳ９において所定のメモリに記憶される。ス
テップＳ９が終了すると、プログラムは待期状態に戻る
。

ステップＳ５において、吸引フラグが「１」（ＯＮ）で
あると判断された場合は、プログラムはステップＳ５か
らステップＳ１０に移行する。

この場合のプログラムの流れについては後述する。

前述の動作でピペット本体１４の吸排孔１７が容器６の
底部に配置された状態で、オペレーターが吸引キーをＯ
Ｎすると、プログラムはステップ５１２からステップＳ
１３に移行する。ステップＳ１３では、吸引フラグが’
ＩＪ　　（ＯＮ）に設定される。

次に　ステップＳ１４において、オペレーターがピペッ
ト本体１４内に吸引すべき細胞懸濁液の容量を指定する
とその値が設定される。そして、ステップＳ１５では、
ステップＳ１４で設定された値に基づいて、細胞懸濁液
の吸引動作が行われる。ここでは、吸引動作は、作動装
置２０により行われる。ここでは、制御装置４が、ステ
ッピングモータ２１を作動させる。ステッピングモータ
２１が作動すると、ねし棒２３が回動し、移動ブロック
２４がねじ棒２３上をステッピングモータ２１から離れ
る方向に移動する。移動ブロック２４とともにピストン
２５もシリンダ２２内を移動するので、シリンダ２２の
内圧が低下する。フリツプ２２の内圧が低下すると、シ
リンダ２２に通しるピペット本体１４の内圧も同時に低
下する。

ピペット本体１４の内圧が低下すると、吸排孔１７に加
わる細胞懸濁液の水圧により、細胞懸濁液がピペット本
体１４内に吸引される。ここでは、ステップＳ１４で設
定された分量だけの細胞懸濁液か吸引される。この調整
は、ステップＳ１４で設定された値に基づいて、制御装
置４がステッピングモータ２１の作動を制御してピペッ
ト本体１４の内圧を調整することにより行われる。ステ
・ノブＳ１５が終了すると、プログラムは待期状態に戻
る。

吸引された細胞を他の容器に移す場合には、この状態で
移動装置開始キーを押せばよい。すると、プログラムは
ステ・ノブＳ４からステップＳ５に移行する。ここで、
ステップＳ１３で吸引フラグがｒ　Ｉ　Ｊ　　（ＯＮ）
に設定されているため、ステップＳ５の判断ではＹｅｓ
と判断され、ステップＳｌＯに移行する。ステップＳＩ
Ｏでは上述のステップＳ６の場合と同様に移動装置３が
移動可能状態となり、オペレーターは操作ホックス３２
の粗動部操作キー３４及びジョイスティック３６の操作
によりピペット本体１４を移動させることができる。こ
こで、ピペット本体１４を容器６から取り出すために、
ピペット本体１４を第５回の上方向に移動したとする。

この場合、吸排孔１７に加わる上述のような水圧変化に
より、ピペット本体１４内の細胞懸濁液は外部に流出し
ようとする。ステップＳｌｌでは、このような細胞懸濁
液の流出を防き、ピペット本体１４内に吸引された細胞
懸／！ｆＩ液の容重を保持する動作が次のように行われ
る。

たとえば、ＸとＨとの値が等しく、その値が１閣である
とする。また、粗動部ＩＯによるＺ軸方向の上昇速度が
４．５ｍｍ／秒であるとする。この場合、吸排孔１７が
ｌ’ｍｍ上昇するのに要する時間はｌ／４．５秒となる
。一方、ステップｓ８において算出された補正値（３８
ｈｎｆ）はｈが１卸のため３８ｎｊ２となるので、１／
４．５秒間にステッピングモータ２１が細胞懸濁液を３
８ｎｆ吸引できる分だけ作動してピペット本体１４内の
内圧を低下させれば、ピペット本体１４がらの細胞懸濁
液の流出はなくなることになる。ステップＳ１１では、
これを実現するようにステッピングモータ２１を駆動す
る。具体的には、上述のようにステッピングモータ２１
が１パルスで０．９°回動し、またねし棒２３のねしピ
ッチが１．２５閣であるので、ピペット本体１４内に吸
引される細胞懸濁液の容量はｌパルスあたり２．４５ｎ
ｆｆとなる。したがって、３８ｎＩ２．をｌ／４．５秒
間で吸引するためには、約１秒間に７０パルスの速度で
ステッピングモータ２１を駆動すればよいことになる。

このため、ステップＳｉｔでは、ビペ。

ト本体１４の上昇と同時に上述の速度でステッピングモ
ータ２１の駆動を開始し、ステッピングモータ２１を１
／４．５秒後に停止する。ステップＳｌｌが終了すると
プログラムは待期状態に戻る。

次に、オペレーターが吐出キーをＯＮすると、プログラ
ムはステップＳ１６からステップＳ１７に移行する。ス
テップ５１７では、ピペット本体１４内に吸引された細
胞懸ｆｉ７Ｊ液の吐出動作が行われる。ここでは、制御
装置４がステッピングモータ２１を作動させて移動ブロ
ンク２４をステッピングモータ２１近傍に移動させる。

この場合、ピストン２５も移動プロ、り２４とともに移
動するので、シリンダ２２の内圧が充分に高まる。シリ
ンダ２２の内圧が高まると、同時にピペット本体［４の
内圧も上昇するので、ピペット本体１４内の細胞懸Ｉｆ
ｉ１′／ＦｆＬは内圧が高まるのにしたかって吸排孔１
７から外部に吐出される。ステップ５１７が終ｒすると
プログラムはステップＳ、１Ｂに移行する。ステップ３
１Ｂでは、吸引フラグが「０」（ＯＦＦ）に設定される
。これにより、オペレーターが移動装置３の作動開始キ
ーをＯＮした場合は、プログラムがステップＳ４からス
テップＳ５を経由してステップＳ６に移行するようにな
る。

ステップ３１８が終了すると、プログラムは待期状態に
戻る。

オペレータがその他の処理を行うためのキーをＯＮする
と、プログラムはステップ５１９からステップ３２０に
移行する。ステップＳ２０では、オペレータがＯＮした
キーに対応する処理が行われる。ステップＳ２０が終了
すると、プログラムは待機状態に戻る。

オペレーターが終了キーをＯＮすると、プログラムはス
テップ５２１においてＹＥＳと判断されて終了する。オ
ペレーターが終了キーをＯＮＬなければ、プログラムは
待期状態を維持する。

上述のように本実施例のピペット装置１２では、オペレ
ーターの経験に顛らず吸引された細胞懸濁液の容量を容
易に維持できる。このため、本実ｈ＆！例のピペット装
置１２は、作業効率が良好である。

〔他の実施例〕

（ａ）　　前記実施例では、ピペット本体１４からの吐
出動作時に、ピペット本体Ｉ４の内圧を充分に高めて細
胞懸濁液の吐出を行うようにしたが、本発明はこれに限
定されない。たとえば、ステップＳ１７における吐出動
作時には、ステップＳ１４で設定された吸引値にステッ
プＳ８で算出された補正値を加えた容置だけ吐出動作を
行うようステッピングモータ２１を駆動するようにして
もよい。

（ｂ）　　前記実施例において、移動装置３の移動速度
は変更できるようにされてもよい。たとえば、移動装置
３が通常は高速で作動するように設定し、容量保持動作
の場合には低速で作動するように設定しておくと、容量
保持動作がより確実に行え、また移動装置３の操作性が
向上する。

（ｃ）　　Ｍｌ記実施例で−は、［（の値を自動的に検
出するよう構成したが、Ｈの値はオペレータがキー人力
するようにり、でもよい。

〔発明の効果〕

本発明のピペット装置は、マニピュレータと連動して作
動する上述のような調圧手段を備えている。このため、
本発明のピペット装置は、吸引された液体試料の容量を
容易に維持でき、また作業効率か良好である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略構成を示す図、第２図
は前記実施例が採用されたマイクロマニピュレータの正
面概略図、第３図は前記マイクロマニピュレータの制御
部の概略図、第４Ａ図及び第４Ｂ図は前記マイクロマニ
ピュレータの制御フローチャート、第５図は前記実施例
の一動作の縮断面部分図である。 ３・・・移動装置、１２・・・ピペット装置、１４・・
・ピペット本体、１５・・・制御部、１９・・・チュー
ブ、２０・・・作動装置、２１・・・ステッピングモー
タ、２２・・・シリンダ、２３・・・ねし棒、２４・・
・移動ブロンク。 特許出願人　　株式会社島津製作所 代理人　　弁理士　小　野　山己男

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料を採取するためのピペット装置であって、ピ
   ペット本体と、 前記ピペット本体を移動させるためのマニピュレータと
   、 前記ピペット本体の内圧を調整することにより前記ピペ
   ット本体内に前記試料を吸引するための吸引手段と、 前記マニピュレータと連動して作動する、前記ピペット
   本体内に吸引された前記試料の容量を維持するよう前記
   ピペット本体の内圧を調整するための調圧手段と、 を備えたピペット装置。