JPH0779676B2 - インジェクション装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インジェクション装
置、特に、ピペット内の処理物質を被処理物質内に注入
するためのインジェクション装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえばマイクロマニピュレータにより
被処理細胞内にピペットからＤＮＡ溶液等の処理物質を
注入する場合には、インジェクション装置が用いられて
いる。インジェクション装置は、第１開閉弁を有しかつ
ピペットに連結された注入圧供給手段と、第２開閉弁を
有しかつ注入圧供給手段の第１開閉弁よりもピペット側
に連結された調圧手段と、第１開閉弁と第２開閉弁との
開閉動作を行うための弁開閉手段とから主に構成されて
いる。ここで、注入圧供給手段は、ピペットの内圧を高
めてピペット内の処理物質を培養細胞等の被処理物質内
に注入するための手段である。また、調圧手段は、注入
動作を行っていないときに、ピペットの内圧をたとえば
大気圧に戻すための手段である。

【０００３】前記インジェクション装置により被処理物
質内に処理物質を注入する場合には、弁開閉手段が第２
開閉弁に閉鎖指令を出力してから第１開閉弁に開放指令
を出力する。すると、注入圧供給手段とピペットとが通
じてピペットの内圧が高まるので、ピペット内の処理物
質が被処理物質内に注入される。ここで、第１開閉弁の
開放時間とピペットの内圧とを一定に設定しておくと、
注入動作毎に同量の処理物質が被処理物質内に注入され
る。注入動作が終了した後、弁開閉手段は第１開閉弁に
閉鎖指令を出力してから第２開閉弁に開放指令を出力す
る。これにより、ピペットの内圧が大気圧に戻る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のインジェク
ション装置では、第１開閉弁及び第２開閉弁が動作指令
を受けてから開閉動作を完了するのに一定の時間を要す
る。したがって、注入動作時に、第２開閉弁が完全に閉
鎖しきらないうちに第１開閉弁が開放し始めることにな
る。この場合、注入圧供給手段からピペットに加わる圧
力の一部が第２開閉弁を通って調圧手段側に漏れてしま
うので、注入動作の初期にピペットの内圧が不安定とな
る。このため、前記従来のインジェクション装置では、
処理物質の注入量を設定値通りに実現するのが困難であ
る。

【０００５】本発明の目的は、注入動作時に、ピペット
の内圧が安定に維持できるインジェクション装置を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のインジェクショ
ン装置は、ピペット内の処理物質を被処理物質内に注入
するための装置である。このインジェクション装置は、
第１開閉弁を有しかつピペットの内圧を高めてピペット
から被処理物質内に処理物質を注入するための注入圧供
給手段と、第２開閉弁を有しかつピペットの内圧を調節
するための調圧手段と、第１開閉弁が開いているときは
第２開閉弁が完全に閉じているよう第１開閉弁と第２開
閉弁との開閉動作を行うための弁開閉手段とを備えてい
る。なお、調圧手段は、注入圧供給手段の第１開閉弁よ
りもピペット側に連結されている。

【０００７】

【作用】本発明のインジェクション装置では、注入動作
の開始時に、弁開閉手段が第２開閉弁を閉鎖してから第
１開閉弁を開放する。ここでは、弁開閉手段は、第２開
閉弁が完全に閉鎖されてから第１開閉弁を開放する。ま
た、注入動作の終了時には、弁開閉手段は、第１開閉弁
が完全に閉鎖してから第２開閉弁を開放する。したがっ
て、注入動作中に注入圧供給手段からピペット内に加え
られる圧力の一部が第２開閉弁を通じて調圧手段側に漏
れるのが防止されるので、注入動作中のピペットの内圧
は、安定に維持される。

【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の概略図である。図において、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、本発明の一実施例としてのインジェクショ
ン装置６とを有している。

【０００９】顕微鏡２は、その中央部に操作台７を有し
ており、操作台７には被処理物が入れられたシャーレ等
の容器８が載置されている。操作台７の下方には対物レ
ンズ９が配置されており、対物レンズ９にはアダプタ１
０ａを介してテレビカメラ１０が接続されている。操作
台７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、ベース１上に載置され
ており、台１１と、台１１上に取り付けられた粗動部１
２と、粗動部１２の上部に取り付けられた微動部１３と
を主に有している。粗動部１２は、図示しないステッピ
ングモータにより、台１１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。微動部１３は、電
磁方式により、垂直方向及び水平方向に１μｍ単位の動
きを行い得る。各微動部１３の顕微鏡２側端部には、微
動部１３によって垂直方向及び水平方向に駆動されるア
ーム１４，１５が設けられている。一方のアーム１４の
先端には、捕足針１６が取り付けられている。捕足針１
６は、キャピラリーであり、先端が容器８側に延びてい
る。また、捕足針１６の他端には、図示しない吸引ポン
プからのチューブが取付けられている（図示せず）。他
方のアーム１５は、水平に延びており、先端にマイクロ
ピペット１７が取り付けられている。

【００１１】マイクロピペット１７は、図２に示すよう
に、ピペット本体１８と、ピペット本体１８を支持する
ための支持部１９とから主に構成されている。ピペット
本体１８は、一端側が円錐状に形成された円筒状の部材
であり、先端に直径が０．１〜１０μｍの吸排口２０を
有している。また、ピペット本体１８の他端は開口して
おり、チューブ２１の一端が貫通されたシール材２２に
より封止されている。なお、チューブ２１の他端は、イ
ンジェクション装置６に延びている。支持部１９は、ア
ーム１５の先端に固定されている。支持部１９は、ピペ
ット本体１８を保持するためのホルダ２３を有してい
る。ホルダ２３は、アーム１５に対して所定の角度で取
り付けられており、ピペット本体１８を把持している。
なお、支持部１９により支持されたピペット本体１８
は、吸排口２０側が容器８に向けて延びている。

【００１２】制御装置５は、ＣＲＴ２４と、操作パネル
２５と、制御ユニット２６とを有している。操作パネル
２５には、アーム１４，１５の移動等を指令するための
ジョイスティックや種々のボタンが設けられている。ま
た、制御ユニット２６内には、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ
等から構成されるマイクロコンピュータ（図示せず）が
設けられている。このマイクロコンピュータによって、
顕微鏡２、駆動装置３，４、ＣＲＴ２４等が制御され
る。

【００１３】インジェクション装置６は、前面に操作部
２７を有している。また、インジェクション装置６は、
図３に示すように、内部に加圧装置２８を主に有してい
る。加圧装置２８は、ガス導入管３０を有している。ガ
ス導入管３０の入口側には、電磁弁Ｃが配置されてい
る。電磁弁Ｃの入口側は、インジェクション装置６の外
部に配置された、不活性ガスのガスボンベ３１に連結さ
れている。ガス導入管３０は、二股に分岐しており、一
方が注入ガス供給路３２を、他方が調圧ガス供給路３３
をそれぞれ構成している。注入ガス供給路３２は、上流
側から順に第１圧力レギュレータ３４と電磁弁Ａとを有
している。第１圧力レギュレータ３４は、ガス導入管３
０から供給されるガスをインジェクションに必要な圧力
（通常３００〜６５０ｋＰａ程度）に設定して電磁弁Ａ
側に供給し得るように構成されている。注入ガス供給路
３２の他端は、ガス排出路３５に連結されている。ガス
排出路３５は、メンブランフィルタ３６を有しており、
マイクロピペット１７のチューブ２１の他端に連結され
ている。

【００１４】調圧ガス供給路３３は、上流側から順に第
２圧力レギュレータ３７と電磁弁Ｂとを有している。第
２圧力レギュレータ３７は、ガス導入管３０から供給さ
れるガスを、マイクロピペット１７の吸排口２０での毛
細管現象を防止するために必要な圧力（通常１００ｋＰ
ａ程度以下）に設定して、電磁弁Ｂ側に供給し得るよう
に構成されている。調圧ガス供給路３３の他端は、電磁
弁Ａとメンブランフィルタ３６との間でガス排出路３５
に接続されている。

【００１５】上述のインジェクション装置６は、図４に
示すような制御部４６を備えている。制御部４６は、Ｃ
ＰＵ４７と、ＲＡＭ４８と、ＲＯＭ４９と、Ｉ／Ｏポー
ト５０とを備えたマイクロコンピュータから構成されて
いる。Ｉ／Ｏポート５０の入力側には、操作部２７とそ
の他の入力部とが接続されている。また、Ｉ／Ｏポート
５０の出力側には、電磁弁Ａ，Ｂ，Ｃと、圧力レギュレ
ータ３４，３７と、その他の出力部とが接続されてい
る。なお、制御部４６は、電磁弁Ａが閉鎖指令を受けて
から完全に閉鎖するのに要する時間ｃ秒と、電磁弁Ｂが
閉鎖指令を受けてから完全に閉鎖するのに要する時間ａ
秒とを記憶している。

【００１６】次に、図５及び図６に示す制御フローチャ
ートにしたがって、インジェクション装置６の動作を説
明する。ここでは、細胞中にＤＮＡ溶液を注入する場合
について説明する。

【００１７】制御装置６の図示しないメインスイッチを
ＯＮにすると、プログラムがスタートする。ステップＳ
１では、初期設定が行われる。ここでは、バルブＡを閉
鎖し、バルブＢを開放する。ステップＳ１が終了する
と、プログラムはオペレーターによる条件入力を待つ。
ここで、オペレーターが第１圧力レギュレータ３４に設
定すべき注入圧と、第２圧力レギュレータ３７に設定す
べきバランス圧と注入動作時間とを操作部２７から入力
すると、プログラムはステップＳ３に移行する。ステッ
プＳ３では、電磁弁Ｃを開いてガスボンベ３１からガス
導入管３０内に不活性ガスを導入する。ガス導入管３０
内に導入されたガスは、注入ガス供給路３２と調圧ガス
供給路３３とに流れ、第１圧力レギュレータ３４及び第
２圧力レギュレータ３７内にそれぞれ入力された条件通
りの圧力で蓄えられる。第２圧力レギュレータ３７内に
蓄えられたガス（バランスガス）は、電磁弁Ｂが開いて
いるので、ガス排出路３５を介してピペット本体１８内
に供給される。これにより、ピペット本体１８の吸排口
２０から、毛細管現象が防止できる程度に不活性ガスが
流出する。

【００１８】ステップＳ３が終了すると、プログラム
は、操作部２７のキー入力を待つ。そして、プログラム
は、ステップＳ４ではインジェクションキーが押された
か否かを判断する。さらに、ステップＳ５ではその他の
キーが押されたか否かを判断する。オペレーターがキー
入力を行わない場合は、プログラムは待期状態となる。

【００１９】オペレーターが操作部２７のインジェクシ
ョンキーをＯＮすると、プログラムはステップＳ４から
ステップＳ６に移行し、ここで図６のインジェクション
サブルーチンを実行する。ここでは、図７に示すよう
に、オペレータがあらかじめマイクロマニピュレータを
操作して容器８内の細胞５０を捕足針１６の先端に吸引
して保持し、内部にＤＮＡ溶液を注入してあるピペット
本体１８の先端を細胞５０内に差し込んであるものとす
る。なお、ＤＮＡ溶液は、ピペット本体１８のチューブ
２１側端部から、マイクロシリンジによりピペット本体
１８内に注入されている。この状態では、ピペット本体
１８の吸排口２０に第２圧力レギュレータ３７からのバ
ランス圧が加わっているため、吸排口２０では毛細管現
象による細胞５０内物質（たとえば細胞質）の逆流が防
止されている。

【００２０】インジェクションサブルーチンのステップ
Ｓ８では、電磁弁Ｂに閉鎖指令を出力する。これによ
り、電磁弁Ｂが閉鎖動作を開始する。次に、ステップＳ
９では、制御部４６のタイマー値（ｔ）を０に設定す
る。続いて、ステップＳ１０では、ｔ値がａ秒（バルブ
Ｂが完全に閉鎖するのに要する時間）になったか否かを
判断する。ｔ値がａ秒になっていなければ、プログラム
はｔ値がａ秒になるまで待期状態となる。ｔ値がａ秒に
なると、プログラムはステップＳ１０からステップＳ１
１に移行する。ステップＳ１１では、電磁弁Ａに開放指
令を出力する。これにより、電磁弁Ａが開放動作を開始
し、第１圧力レギュレータ３４から注入ガス供給路３２
及びガス排出路３５を介してピペット本体１８内に不活
性ガスが供給される。この結果、ピペット本体１８の内
圧が高まり、吸排口２０から細胞５０内へのＤＮＡ溶液
の注入動作が開始される。

【００２１】次に、ステップＳ１２では、バルブＡに開
放指令が出力されてから所定時間ｂ秒が経過したか否か
（すなわちｔ＝ａ＋ｂになったか否か）を判断する。こ
こでいう所定時間ｂとは、ステップＳ２で設定した注入
時間から電磁弁Ａが完全に閉鎖するのに要する時間ｃを
差し引いた時間である。ステップＳ１２でｔ値がａ＋ｂ
秒であると判断されなければ、プログラムは待期状態と
なり、引き続き細胞５０へのＤＮＡ溶液の注入が続行さ
れる。ステップＳ１２でｔ値がａ＋ｂ秒であると判断さ
れると、プログラムはステップＳ１２からステップＳ１
３に移行し、電磁弁Ａに閉鎖指令を出す。これにより、
電磁弁Ａは閉鎖動作を開始する。

【００２２】次に、ステップＳ１４では、電磁弁Ａの閉
鎖指令が出されてからｃ秒経過したか否か（すなわちｔ
＝ａ＋ｂ＋ｃになったか否か）を判断する。ｔ値がａ＋
ｂ＋ｃ秒でないと判断されると、プログラムは待期状態
となる。このため、引き続きＤＮＡ溶液の注入動作が続
行される。ｔ値がａ＋ｂ＋ｃ秒であると判断されると、
プログラムはステップＳ１４からステップＳ１５に移行
する。ステップＳ１５では、電磁弁Ｂの開放指令を出力
する。これにより、電磁弁Ｂが開放動作を開始するの
で、第２圧力レギュレータ３７からピペット本体１８内
にバランスガスが供給され始め、吸引口２０では毛細管
現象による細胞５０内物質の逆流が防止される。ステッ
プＳ１５が終了すると、プログラムは図５のメインルー
チンに復帰する。

【００２３】上述のインジェクション動作を図８のタイ
ミングチャートを参照して解説する。なお、図８の電磁
弁Ａ及び電磁弁Ｂのチャートにおいて、実線部分は制御
部４６からの指令の状態を示している。また、点線で表
されている部分は、電磁弁Ａ，Ｂの実際の開閉動作状況
を示している。図８からわかるように、本実施例では、
電磁弁Ｂが完全に閉鎖してから電磁弁Ａが開きはじめ、
また電磁弁Ａが完全に閉鎖してから電磁弁Ｂが開きはじ
めるので、第１圧力レギュレータ３４からのガスが第２
圧力レギュレータ３７から外部に漏れ出すことはない。
したがって、注入動作中は、ピペット本体１８の内圧は
安定に維持される。この結果、ピペット本体１８から細
胞５０内に注入されるＤＮＡ溶液の容量は、設定値通り
となる。また、ガスボンベ３１から供給される不活性ガ
スが第２圧力レギュレータ３７から必要以上に漏れ出る
ことがないので、不活性ガスが節約できる。

【００２４】オペレーターが操作部２７のその他のキー
を押すと、プログラムはステップＳ５からステップＳ７
に移行し、ここでオペレーターが操作したキーに対応す
る動作を行う。ステップＳ７が終了すると、プログラム
は再び待期状態となる。

【００２５】〔他の実施例〕（ａ） 図９は、他の実施
例の概略構成図である。この実施例の加圧装置２８ａ
は、前記実施例と同様に構成された注入ガス供給路３２
と調圧ガス供給路３３とを有し、さらにこれらの供給路
３２，３３と並列に設けられた試料吸引路５１とガス吐
出路５２とを有している。試料吸引路５１は、上流側か
ら順に第３圧力レギュレータ５３とイジェクター５４と
電磁弁Ｄとを有している。イジェクター５４は、ガス排
出路５４ａを有している。ガス吐出路５２は、電磁弁Ｅ
を有している。この実施例では、ピペット本体１８内に
ＤＮＡ溶液のような粘性の大きな試料を吸引できる。こ
こでは、電磁弁Ａ，Ｂ，Ｅを閉鎖してから電磁弁Ｄを開
けると、第３圧力レギュレータ５３により加圧されてイ
ジェクター５４のガス排出口５４ａから噴き出す不活性
ガスによりピペット本体１８内が負圧になり、吸排口２
０からＤＮＡ溶液が吸引される。また、この実施例で
は、電磁弁Ａ，Ｂ，Ｅを閉鎖してから電磁弁Ｄを開く
と、ピペット本体１８の内圧が急激に高まり、ピペット
本体１８の吸排口２０から勢い良く不活性ガスが噴出す
る。これにより、ピペット本体１８の目詰まりが解消さ
れる。

【００２６】（ｂ） 前記実施例では、加圧装置２８に
ガスボンベ３１から不活性ガスを供給したが、ガスボン
ベ３１に代えてコンプレッサが用いられていてもよい。

【００２７】（ｃ） 前記実施例では、加圧装置２８に
注入ガス供給路３２と並列な調圧ガス供給路３３を設け
たが、このような調圧ガス供給路３３を設けずに、電磁
弁Ｂの入口側を開放しておいてもよい。ただし、この場
合は、インジェクション動作時以外はピペット本体１８
の内圧が大気圧となる。

【００２８】

【発明の効果】本発明のインジェクション装置は、上述
のような弁開閉手段を有している。このため、本発明に
よれば、インジェクション動作時に、ピペットの内圧が
安定に維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例が採用されたマイクロマニピ
ュレータの概略図。

【図２】前記マイクロマニピュレータの拡大部分図。

【図３】本考案の一実施例の概略構成図。

【図４】前記実施例の制御部の概略図。

【図５】前記実施例の制御フローチャート。

【図６】前記実施例の制御フローチャート。

【図７】前記マイクロマニピュレータによる注入動作状
況を示す図。

【図８】前記実施例のタイミングチャート。

【図９】他の実施例の図３に相当する図。

【符号の説明】

６ インジェクション装置 １８ ピペット本体 ３２ 注入ガス供給路 ３３ 調圧ガス供給路 ３４ 第１圧力レギュレータ ３７ 第２圧力レギュレータ Ａ 電磁弁 Ｂ 電磁弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピペット内の処理物質を被処理物質内に注
   入するためのインジェクション装置であって、第１開閉
   弁を有する、前記ピペットの内圧を高めて前記ピペット
   から前記被処理物質内に前記処理物質を注入するための
   注入圧供給手段と、第２開閉弁を有しかつ前記注入圧供
   給手段の前記第１開閉弁よりも前記ピペット側に連結さ
   れた、前記ピペットの内圧を調節するための調圧手段
   と、前記第１開閉弁が開いているときは前記第２開閉弁
   が完全に閉じているよう前記第１開閉弁と第２開閉弁と
   の開閉動作を行うための弁開閉手段と、を備えたインジ
   ェクション装置。