JPH0698582B2 - マイクロマニピュレータの微小移動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、マイクロマニピュレータの微小移動装置に関
するものである。

（従来の技術） 従来、バイオテクノロジーにおいては、遺伝子・細胞な
どに人工的操作を加え、新しい遺伝情報体を作成し、そ
れを利用或いは研究する分野がある。その対象は遺伝
子，細胞，核，受精胚，組織、或いは原生動物とさまざ
まであるが、このうち、光学顕微鏡で観察できるものに
対して、物理的・機械的操作を加える手法にマイクロマ
ニピュレーションがある。例えば、動植物細胞や核に外
来遺伝子を注入してその形質発現機構を解析する場合、
また、初期胚や桑実胚を分割して仮親に移植し、一卵性
複数子を作る場合、或いは受精卵の細胞質に他の個体を
移植してクローン生物の作成を行う場合などに、マイク
ロマニピュレータは不可欠のものである。

一方、圧電素子（又は電歪素子）を用いた衝撃力による
微小移動装置は、既に、本願の発明者によって提案され
ており、特開昭63-299785号として公開されている。

かかる従来の微小移動装置の構成及びその動作の概略に
ついて、第８図乃至第11図を用いて説明する。

これらの図に示すように、この微小移動装置は、移動体
２と慣性体３を圧電素子４で結合したものであり、移動
体２をベース１上に置いて、摩擦力で保持するように構
成されている。

そこで、圧電素子４に電圧を印加して慣性体３を加速
し、その反動を利用して移動体２の移動を引き起こすこ
とにより、単純な機構でありながら、10nm〜10μｍ程度
の微動を可能にしている。

その移動原理は、以下の通りである。

即ち、移動体２を左（＋）方向に移動させる場合、ま
ず、第10図（ａ）に示すように、圧電素子４が縮んでい
る状態から、第10図（ｂ）に示すように、圧電素子４を
急激に延ばすと、移動体２と慣性体３が互いに離れる方
向に移動する。

次に、第10図（ｃ）に示すように、圧電素子４をゆっく
りと引き戻し、第10図（ｄ）に示すように、圧電素子４
が元の長さに戻ったところで急に止めると、慣性体３が
移動体２に衝突する形になり、第10図（ｅ）に示すよう
に、移動体２は左方向に移動する。

また、移動体２を右（−）方向に移動させる場合、ま
ず、第11図（ａ）に示すように、圧電素子４が伸びてい
る状態から、第11図（ｂ）に示すように、圧電素子４を
急激に縮めると、移動体２と慣性体３が互いに近づく方
向に移動する。

次に、第11図（ｃ）に示すように、圧電素子４をゆっく
りと延ばし、第11図（ｄ）に示すように、圧電素子４が
元の長さに戻ったところで、急に止めると、第11図
（ｅ）に示すように、移動体２は右方向へ移動する。

更に、本願の発明者によって、この微小移動装置をマイ
クロマニピュレータへ応用したものが、特願平1-87287
号として既に提案されている。

また、微小器具を用いて遺伝子・細胞などのマニピュレ
ーションの対象物に人工的操作を加えるにあたり、例え
ば、マイクロピペットに微小移動装置を取り付ける場合
は、第12図に示すように、保持体10に保持されたマイク
ロピペット11に固着帯16を用いて、移動体13、圧電素子
14及び慣性体15とからなる微小移動装置12を取り付ける
ようにしていた。17は圧電素子14へ電圧を印加するため
のワイヤである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記した従来の微小移動装置では、微小
移動装置12の移動軸とマイクロピペット11の移動軸、つ
まり移動方向（力の方向）とが異なるため、マイクロピ
ペット11の先端に振動が生じ、作業に支障を来すといっ
た問題があった。

本発明は、上記問題点を除去し、微小器具を直線的に移
動させる微小移動装置を、微小器具と同心円状に配置す
ることにより、振動がなく、真っ直ぐに移動させ得るマ
イクロマニピュレータの微小移動装置を提供することを
目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するために、微小器具に装備
され、微小器具を直線方向に移動させるマイクロマニピ
ュレータの微小移動装置において、保持体（20）に当接
部材（22）を介して適切な摩擦力で支持される微小器具
（23,36）と、この微小器具（23,36）に形成される鍔部
（24,30）と、この鍔部（24,30）に設けられ、かつ、前
記微小器具（23,36）と同心円状に配置される圧電素子
（25,31,35）と、この圧電素子（25,31,35）に取り付け
られ、その圧電素子の駆動により前記微小器具（23,3
6）に衝撃力を付与する慣性体（26,32）とを設けるよう
にしたものである。

また、前記圧電素子（25,31,35）は円筒体にしたり、微
小器具（23,36）と同心円状に複数個設けるようにする
ことができる。

更に、本発明は、前記微小器具（23,36）がマイクロピ
ペットである場合、特に好適である。

（作用） 本発明によれば、上記のように構成したので、圧電素子
（25,31,35）の駆動により、微小器具（23,36）の移動
方向と慣性体（26,32）の移動方向（力の方向）が一致
するため、微小器具（23,36）の先端が振動することも
なく、直線的に移動させることができる。

従って、微小器具（23,36）による的確な微小移動が行
われ、遺伝子・細胞などのマニピュレーションの対象物
に対して、適切な人工的操作を加えることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図は本発明の実施例を示すマイクロマニピュレータ
の微小移動装置の斜視図、第２図は第１図の微小移動装
置のＡ−Ａ線断面図、第３図は第１図のＢ−Ｂ線断面図
である。

これらの図に示すように、X,Y,Z軸方向に移動可能な保
持体20に、微小器具としてのマイクロピペット23が挿通
され、そのマイクロピペット23は、摩擦力調整機構21に
よって当接部材22を介して、保持体20に適切な摩擦を生
じさせるようにして支持する。

この機構を更に詳細に説明すると、第３図に示すよう
に、調整ツマミ21aは中空状の軸21bを有し、その外周に
は雄ねじ21cが刻設されている。この雄ねじ21cと螺合す
るように、保持体20には雌ねじが刻設された孔が形成さ
れている。また、中空状の軸21bの先端面に当接するよ
うに、コイルスプリング21dが設けられ、そのコイルス
プリング21dにより、当接ピン21eが当接部材22を押すよ
うに配置されている。その当接部材22は枢支軸22aを有
し、当接ピン21eの押圧力により、当接部材22を第３図
において反時計方向に回転させ、当接部材22のテーパ面
22bにより、マイクロピペット23を右斜め上方より押さ
える。

一方、当接部材22の反対側にはテーパ面21g及び支持面2
1fが形成されている。そこで、調整ツマミ21aの操作に
より、マイクロピペット23の保持体20への摩擦力の調整
を行うことができる。ここで、マイクロピペット23は、
回転を防止するために、その底面23aは面取りを行って
平面状に形成するのが望ましい。

更に、マイクロピペット23には、鍔部24が固定され、そ
の鍔部24には円筒体からなる圧電素子25が接着される。
更に、圧電素子25には慣性体26が接着される。また、圧
電素子25には、電圧を印加するワイヤ27が接続されてい
る。なお、この鍔部24、圧電素子25及び慣性体26の周り
には点線で示すように、ケース28が被せられ、鍔部24と
共に、マイクロピペット23にねじ29により固定されてい
る。

そこで、慣性体26が鍔部24を押圧するように、ワイヤ27
を介して圧電素子25に電圧を印加する（第10図に対応）
と、マイクロピペット23は真っ直ぐに前進する。

また、慣性体26が鍔部24を引っ張るように、ワイヤ27を
介して圧電素子25に電圧を印加する（第11図参照）と、
マイクロピペット23は真っ直ぐに後退する。

このような簡単な構成を有する微小移動装置に電圧を印
加することにより、マイクロピペットは直線方向に前進
後退が自在であり、マニュピレーションの対象物に対し
て迅速、かつ的確な操作を加えることができる。

第４図は本発明の他の実施例を示すマイクロマニピュレ
ータの微小移動装置の断面図、第５図はその微小移動装
置の圧電素子の配置を示す図である。

この実施例においては、圧電素子31はマイクロピペット
23と一体形成された鍔部30内に独立して４個、しかもマ
イクロピペット23と同心円状に配置するようにする。ま
た、各々の電圧素子31には電圧が印加されるワイヤ33が
接続されている。

そこで、慣性体32が鍔部30を押圧するように、ワイヤ33
を介して４個の圧電素子31に同時に電圧を印加する（第
10図に対応）と、マイクロピペット23は真っ直ぐに前進
する。

また、慣性体32が鍔部30を引っ張るように、ワイヤ33を
介して４個の圧電素子31に同時に電圧を印加する（第11
図に対応）と、マイクロピペット23は真っ直ぐに後退す
る。

なお、上記実施例においては、４個の圧電素子31の全て
に同時に電圧を印加するようにしたが、マイクロピペッ
ト23に対して対称に配置される２個の圧電素子31にのみ
同時に電圧を印加するようにしても、マイクロピペット
23を直線方向に移動させることができる。

また、第６図に示すように、もともと、２個の圧電素子
31をマイクロピペット23に対して対称に配置し、これら
の圧電素子31に同時に電圧を印加することにより、マイ
クロピペット23を直線方向に移動させるようにしてもよ
い。

更に、第７図に示すように、円管状のマイクロピペット
36を中心にして、その同心円状に等間隔（120°間隔）
に３個の丸形の圧電素子35を配置し、これらを同時に駆
動するようにしてもよい。なお、圧電素子35への電圧の
供給はワイヤ37によって行う。

ここで、上記した圧電素子の形状は、種々の形状に変形
することができることは言うまでもない。

また、上記実施例においては、微小器具として、ピペッ
トを示したが、これを微小針、微小電極等に適用するこ
とも可能である。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果） 本発明によれば、以下のような効果を奏することができ
る。

（１）微小器具の移動軸と慣性体の移動軸、つまり移動
方向（力の方向）が一致するため、微小器具先端の振動
をなくし、直線方向に微小移動させることができる。従
って、遺伝子・細胞などのマニュプレーションの対象物
に対して適切な人工的操作を加えることができる。

（２）圧電素子及び慣性体を貫通させる必要のある微小
器具、特にマイクロピペットに対する装着に好適であ
る。

（３）微小移動装置の構造を小型化、かつ、簡素化し、
その操作性を高めることができる。更に、装置の製造コ
ストが削減でき、その信頼性を高めることができる。

（４）微小器具の全面を摩擦面として用いることができ
る。つまり、圧電素子及び慣性体の配置は、微小器具の
中心軸に対して対称であり、方向性を持たない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すマイクロマニピュレータ
の微小移動装置の斜視図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断
面図、第３図は第１図のＢ−Ｂ線断面図、第４図は本発
明の他の実施例を示すマイクロマニピュレータの微小移
動装置の断面図、第５図はその微小移動装置の圧電素子
の配置を示す図、第６図は第５図に示す微小移動装置の
圧電素子の配置の変形例を示す図、第７図は本発明の更
なる他の微小移動装置の圧電素子の配置の変形例を示す
図、第８図は従来の微小移動装置の側面図、第９図はそ
の微小移動装置の平面図、第10図及び第11図はその微小
移動装置の動作原理の説明図、第12図は従来のマイクロ
マニピュレータの微小移動装置の構成図である。 20……保持体、21……摩擦力調整機構、21a……調整ツ
マミ、21b……中空状の軸、21c……雄ねじ、21d……コ
イルスプリング、21e……当接ピン、21f……支持面、21
g,22b……テーパ面、22……当接部材、22a……枢支軸、
23,36……マイクロピペット（微小器具）、23a……底
面、24,30……鍔部、25,31,35……圧電素子、26,32……
慣性体、27,33,37……ワイヤ、28……ケース、29……ネ
ジ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三松 淳 茨城県土浦市中向原635番地 プリマハム 株式会社内 (72)発明者 上野 久雄 茨城県土浦市中向原635番地 プリマハム 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−87110（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−299785（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】微小器具に装備され、微小器具を直線方向
   に移動させるマイクロマニピュレータの微小移動装置に
   おいて、 （ａ）保持体に当接部材を介して適切な摩擦力で支持さ
   れる微小器具と、 （ｂ）該微小器具に形成される鍔部と、 （ｃ）該鍔部に設けられ、かつ前記微小器具と同心円状
   に配置される圧電素子と、 （ｄ）該圧電素子に取り付けられ、該圧電素子の駆動に
   より前記微小器具に衝撃力を付与する慣性体とを具備す
   るマイクロマニピュレータの微小移動装置。
2. 【請求項２】前記圧電素子は円筒体であることを特徴と
   する請求項１記載のマイクロマニピュレータの微小移動
   装置。
3. 【請求項３】前記圧電素子は微小器具と同心円状に複数
   個設けられることを特徴とする請求項１記載のマイクロ
   マニピュレータの微小移動装置。
4. 【請求項４】前記微小器具はマイクロピペットであるこ
   とを特徴とする請求項１記載のマイクロマニピュレータ
   の微小移動装置。