JPH05322716A - 細胞吸着用圧力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ホールド用ピペットによる細胞の吸着保持を
良好な状態で維持できるようにする。 【構成】 細胞吸着用圧力制御装置は、細胞Ａを固定す
るためのピペット１３ａの内部圧を調整する圧力制御部
２５と、細胞Ａとピペット１３ａとを撮像して画像情報
を得るテレビカメラ９と、制御部２３とを備えている。
制御部２３では、画像情報から細胞Ａの変形を認識し、
細胞Ａの変形程度に応じて圧力制御部を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、細胞吸着用圧力制御装
置、特に、細胞を固定するためのホールド用ピペットを
装着可能な細胞吸着用圧力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】細胞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等には、マイクロマニピュレー
タが用いられる。一般的なマイクロマニピュレータで
は、顕微鏡視野下で、ニードルや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に処
理を施すようになっている。

【０００３】かかるマイクロマニピュレータおいて、細
胞を吸着保持するために、ホールド用ピペットが用いら
れる。ホールド用ピペットにはマイクロシリンジがチュ
ーブを介して連結されており、マイクロシリンジを操作
者が手で操作することによりホールド用ピペットの内部
圧を減少させる。これにより、ピペットの先端で細胞を
吸着保持する。

【０００４】この吸着操作において、ピペット内の圧力
を低くしすぎると、細胞の一部がピペット内に吸い込ま
れて細胞が変形してしまう。この細胞の変形がさらに進
行すれば、細胞が破壊される。また、同一圧力下におい
ても、吸引圧によって細胞の変形は経時的に変化する。
このため、細胞を常に良好な状態で吸着保持することは
容易ではない。

【０００５】本発明の目的は、ホールド用ピペットによ
る細胞の吸着保持を良好な状態で維持でき、細胞の変形
を心配せずにインジェクション等の操作者の行いたい操
作をできるようにすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る細胞吸着用
圧力制御装置は、細胞を固定するためのホールド用ピペ
ットを装着可能である。この装置は、ピペットの内部圧
を調整する圧力調整手段と、細胞とピペットとを撮像し
て画像情報を得る撮像手段と、画像情報から細胞の変形
を認識する画像認識手段と、その画像認識手段で認識さ
れた細胞の変形程度に応じて圧力調整手段を制御する制
御手段とを備えている。

【０００７】

【作用】本発明に係る細胞吸着用圧力制御装置では、圧
力調整手段がピペットの内部圧を調整し、これによって
ピペットが細胞を吸着保持する。一方、撮像手段が細胞
とピペットとを撮像して画像情報を得、その画像情報か
ら画像認識手段が細胞の変形を認識する。そして、制御
手段が、画像認識手段で認識された細胞の変形程度に応
じて圧力調整手段を制御する。この結果、ホールド用ピ
ペットに吸着保持された細胞の異常変形が防止され、細
胞の吸着保持が良好な状態で維持され、細胞の変形を心
配せずにインジェクション等の操作が行える。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明の一実施例が採用されたマイ
クロマニピュレータを示している。このマイクロマニピ
ュレータは、ベース１上に載置された顕微鏡２と、顕微
鏡２の側方に配置された１対の駆動装置３，４と、顕微
鏡２及び駆動装置３，４を制御するための制御装置５と
を有している。

【０００９】顕微鏡２は、その中央部に操作台６を有し
ており、操作台６には細胞が入れられたシャーレ等の容
器７が載置されるようになっている。操作台６の下方に
は対物レンズ８が配置されており、対物レンズ８の下端
部にテレビカメラ９が接続されている。操作台６は、図
示しない駆動機構によって水平方向及び上下方向に駆動
され得る。

【００１０】駆動装置３，４は、それぞれベース１上に
載置されており、台１０と、台１０上に取り付けられた
粗動部１１と、粗動部１１の上部に取り付けられた微動
部１２とを主として有している。微動部１２の顕微鏡２
側端部には、微小器具としてのホールド用ピペット１３
ａとインジェクション用ニードル１３ｂとが取り付けら
れている。

【００１１】制御装置５は、ＣＲＴ２０と、操作パネル
２１と、制御ユニット２２とを主として有している。操
作パネル２１は、ジョイスティックや各種のキーを有す
るパネルである。制御ユニット２２内には、図２に示す
ような制御部２３が設けられている。制御部２３は、Ｃ
ＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等から構成されており、画像合成
回路２４と、圧力制御部２５と、圧力センサ２６と、そ
の他の入出力部とが接続されている。

【００１２】画像合成回路２４には、テレビカメラ９の
出力端子が接続され、またＣＲＴ２０の入力端子が接続
されている。この結果、顕微鏡２の操作台６に配置され
た細胞の状況が、ＣＲＴ２０上に映像として表示され
る。また、制御部２３からの出力画像が、画像合成回路
２４においてカメラ９からの画像に合成され、ＣＲＴ２
０に表示される。表示状況の一例を図３に示す。一方、
テレビカメラ９からの画像情報が、画像合成回路２４を
介して制御部２３に取り込まれ得るようになっている。

【００１３】圧力制御部２５は、圧力制御ユニット（図
示せず）内に設けられており、ホールド用ピペット１３
ａの内部圧及び注入用ニードル１３ｂの内部圧を調整す
るためのものである。圧力センサ２６は、容器７内に配
置されており、ホールド用ピペット１３ａの外部圧を測
定するようになっている。次に、図４〜図６に示す制御
フローチャートにしたがって、上述の実施例の動作を説
明する。

【００１４】プログラムがスタートすると、図４のステ
ップＳ１において、圧力制御割込みをＯＦＦにセットす
る等の初期設定が行われる。次に、ステップＳ２では、
ホールド用ピペット１３ａの移動指令がなされたか否か
を判断する。ステップＳ３では、ホールド用ピペット１
３ａに関する基準圧の設定指令がなされたか否かを判断
する。ステップＳ４では、ホールド用ピペット１３ａの
内部圧の変更指令がなされたか否かを判断する。さら
に、図５のステップＳ５では、ホールド用ピペット１３
ａの内部圧の制御指令がなされたか否かを判断する。ス
テップＳ６では、その制御指令の解除が指令されたか否
かを判断する。ステップＳ７では、細胞をピペット１３
ａから離す指令がなされたか否かを判断する。これらス
テップＳ２〜ステップＳ７における判断の基準となる指
令は、操作者により操作パネル２１を介して行われる。
ステップＳ８では、それらの指令に基づく処理以外の一
般的な処理がなされる。ステップＳ８での処理が終われ
ば再び図４のステップＳ２に戻る。

【００１５】ホールド用ピペット１３ａの移動指令がな
されれば、プログラムはステップＳ２からステップＳ１
０に移行する。ステップＳ１０では、その指令に応じた
ピペット移動動作を駆動装置３に行わせる。この移動指
令によって、操作者は所望の細胞Ａ（図３）にホールド
用ピペット１３ａの先端を接触させることができる。次
に、ピペット１３ａの内圧を外圧と一致させるべく、基
準圧設定指令がなされれば、プログラムはステップＳ３
からステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１では、
圧力センサ２６を用いてピペット１３ａの外側の圧力を
読み取る。そして、ステップＳ１２において、当該圧力
を記憶する。

【００１６】ホールド用ピペット１３ａによって細胞Ａ
を吸着保持するべく、圧力変更指令がなされれば、プロ
グラムはステップＳ４からステップＳ１３に移行する。
ステップＳ１３では、圧制御割り込み（後述）をＯＦＦ
にセットする。そして、ステップＳ１４において、指令
に応じた圧力変更動作を圧力制御部２５に行わせる。こ
こでは、圧力を減少させる旨の指令を受けた場合には圧
力制御部２５がピペット１３ａの内部圧を減少させ、圧
力を高める旨の指令を受けた場合には圧力制御部２５が
ピペット１３ａの内部圧力を高めるように動作する。こ
のとき、図３に示すように、ＣＲＴ２０には細胞Ａのピ
ペット１３ａによる吸着状況が表示されているので、操
作者はその表示を見ながら、適切な吸着状態になるよう
に圧力変更指令を行う。

【００１７】操作者は、細胞Ａのピペット１３ａによる
吸着保持が適切な状態になったと判断すれば、圧制御開
始指令を行う。この結果、プログラムは図５のステップ
Ｓ５からステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５で
は、テレビカメラ９からの画像情報に基づいて周知の画
像処理を行い、ピペット１３ａと細胞Ａの中心とを通る
基準線Ｌ（図７）を決定する。次に、ステップＳ１６に
おいて、ピペット１３ａの先端とピペット１３ａ内に配
置された細胞Ａの先端との距離を基準距離Ｄと決定す
る。前記基準線Ｌ及び基準距離Ｄを決定する際には、た
とえば、輝度分布を行列座標点のサンプル値として取り
込む等の公知の画像処理手法が実施される。ステップＳ
１７では、後述する圧制御割り込みを可能にするタイマ
ー割り込みをＯＮにセットする。

【００１８】タイマー割り込みがＯＮ状態となれば、所
定時間間隔で図６に示す圧制御割り込みが実行される。
図６のステップＳ２０では、その時点でのピペット１３
ａの先端とピペット１３ａ内の細胞Ａの先端との距離ｄ
（図８）を演算する。この距離ｄの演算に際しても、上
述の画像処理手法が用いられる。ステップＳ２１では、
距離ｄを基準距離Ｄとを比較し、距離ｄが許容範囲に入
っているか否かを判断する。距離ｄが基準距離Ｄに基づ
く許容範囲を超えていると判断された場合にはステップ
Ｓ２２に移行する。ステップＳ２２では、圧力制御部２
５を制御することによりピペット１３ａ内の圧力を減少
させる。そして、再びステップＳ２０に戻り距離ｄの演
算を行う。

【００１９】ステップＳ２１において距離ｄが許容範囲
内にあると判断されると、圧制御割り込みの処理は終了
する。ここでは、ステップＳ１７において圧制御割り込
み用のタイマー割り込みがＯＮにセットされた後は、所
定時間間隔で図６の圧制御割り込み処理が実行されるの
で、ピペット１３ａによる細胞Ａの吸着保持を良好な状
態で維持できる。そして、その間に、針をさしたり、イ
ンジェクションする等の他の動作を行えるため、細胞を
良好な状態でホールドしたまま、操作者の行いたい操作
ができる。

【００２０】ピペット１３ａの圧制御を終了する旨の指
令を操作者から受けると、プログラムは図５のステップ
Ｓ６からステップＳ１８に移行する。ステップＳ１８で
は、圧制御割り込み用のタイマー割り込みをＯＦＦにセ
ットする。この結果、図６の圧制御割り込み処理が実行
されなくなる。ピペット１３ａから細胞Ａを離す旨の指
令がなされれば、ステップＳ７からステップＳ１９に移
行する。ステップＳ１９では、圧力センサ２６によって
測定された外部圧値に僅かな圧力値αを加えた圧力にピ
ペット１３ａ内がなるよう、圧力制御部２５を制御す
る。この結果、ピペット１３ａの内部圧が外部圧よりも
高くなり、細胞Ａがピペット１３ａから離れる。

【００２１】〔他の実施例〕 （ａ） 前記実施例では、タイマー割り込み機能を用い
てピペット１３ａ内の圧力制御を行ったが、一般的なマ
イクロマニピュレータ用制御部（ＣＰＵ）に加えて、圧
力制御専用のＣＰＵを使用することにより本発明を実施
してもよい。 （ｂ） 前記実施例では、図４のステップＳ１２におい
て記憶された圧力を基準圧として後続の制御に用いた
が、後続の圧力制御の都度圧力センサ２６による圧力測
定を行ってもよい。 （ｃ） マイクロマニピュレータとしては、微動部・粗
動部分離タイプではなく、一体型のものでもよい。 （ｄ） 細胞処理としては、上述のインジェクションに
限らず、核移植等種々の処理が本発明の対象となる。 （ｅ） 最初に細胞Ａをピペット１３ａに吸着させる際
の動作（ステップＳ１４）を、手動ではなく自動で行っ
てもよい。 （ｆ） 圧力センサ２６を使わず、外側圧力を（外気圧
＋水深による圧力増加分）として計算された計算値とし
てもよい。

【００２２】

【発明の効果】本発明に係る細胞吸着用圧力制御装置で
は、画像認識手段で認識された細胞の変形程度に応じて
ピペット用圧力調整手段を制御手段が制御するので、ホ
ールド用ピペットによる細胞吸着保持を良好な状態で維
持でき、細胞の変形を心配せずにインジェクション等の
操作が行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一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。

【図２】その制御部の概略ブロック図。

【図３】そのＣＲＴの一表示状態を示す正面図。

【図４】その制御フローチャート。

【図５】その制御フローチャート。

【図６】その圧制御割り込みの制御フローチャート。

【図７】細胞吸着動作の基準状態を示す概念図。

【図８】細胞吸着動作の一状態を示す概念図。

【符号の説明】

Ａ 細胞 ９ テレビカメラ １３ａ ホールド用ピペット ２３ 制御部 ２５ 圧力制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】細胞を固定するためのホールド用ピペット
   を装着可能な細胞吸着用圧力制御装置であって、 前記ピペットの内部圧を調整する圧力調整手段と、 前記細胞とピペットとを撮像して画像情報を得る撮像手
   段と、 前記画像情報から前記細胞の変形を認識する画像認識手
   段と、 前記画像認識手段で認識された前記細胞の変形程度に応
   じて前記圧力調整手段を制御する制御手段と、を備えた
   細胞吸着用圧力制御装置。