JPH0865B2 - マイクロマニピュレータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロマニピュレー
タ、特に、マイクロピペット内に微小物質をピックアッ
プするための微小物質のピックアップ装置を備えたマイ
クロマニピュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロマニピュレータにおいて、たと
えばＤＮＡ溶液の注入処理が施された細胞をマイクロピ
ペット内にピックアップして別の容器に移し換えるため
に、ピックアップ装置が用いられている。マイクロマニ
ピュレータにおけるピックアップ装置は、マイクロピペ
ットに連結されており、プランジャを有するシリンダ
と、シリンダとマイクロピペットとを連結するためのチ
ューブと、操作つまみを有しかつプランジャをシリンダ
内で移動させるためのねじ送り手段とから主に構成され
ている。このピックアップ装置では、操作つまみにより
ねじ送り手段を操作してプランジャをシリンダから突出
する方向に移動させると、シリンダの内圧が低下し、こ
の結果マイクロピペットでは内圧が低下して細胞懸濁液
が吸引される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のマイクロマ
ニピュレータにおけるピックアップ装置は、操作つまみ
を微妙に操作する必要があるため、熟練者でないと操作
しにくい。たとえば、操作つまみを少しでも操作し過ぎ
ると、予定していた吸引量をはるかに上回る細胞懸濁液
がマイクロピペット内に吸引されてしまう。このため、
細胞の様な微小物質を、例えば１個づつピックアップす
るのは極めて困難である。

【０００４】本発明の目的は、微小物質のピックアップ
操作が容易なマイクロマニピュレータを提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るマイクロマ
ニピュレータは、微小物質を捕捉するためのマイクロピ
ペットと、プランジャを有するシリンダと、シリンダと
マイクロピペットとを連結するための連結手段と、プラ
ンジャをシリンダ内で移動するための移動手段と、移動
手段の動作を制御する制御手段とを備えている。移動手
段は、ステッピングモータと、ステッピングモータによ
り回転駆動されるねじ棒と、ねじ棒に螺合するとともに
回転規制されてプランジャと一体的に移動可能である移
動部材とを含んでいる。また制御手段は、ステッピング
モータに制御信号を与えることにより移動手段の動作を
制御する。

【０００６】

【作用】本発明の装置では、移動手段によりプランジャ
をシリンダから突出する方向に移動させると、シリンダ
の内圧が低下する。これにより、連結手段を介してシリ
ンダに連結されたマイクロピペットでは、同様に内圧が
低下し、微小物質が吸引される。ここでは、制御手段か
らステッピングモータに制御信号を与えることにより、
ステッピングモータがねじ棒を回転駆動し、プランジャ
と一体的に移動する移動部材を移動させることにより、
移動手段の動作を制御している。このことにより、マイ
クロピペットの内圧を細かく調整することが可能であ
る。したがって、本発明では、従来のように手動により
マイクロピペットの内圧を調整する場合に比べて吸引操
作が容易である。

【０００７】

【実施例】図１は、本発明の一実施例に係るマイクロマ
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、ピックアップ装置６とを有している。

【０００８】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には細胞懸濁液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１０ａ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。

【０００９】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単位又はそ
れ以下の動きを行い得る。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、補足針１６が取り付けられてい
る。補足針１６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、補足針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り付けられている
（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。

【００１０】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、一端が円錐状に形成された円筒状の部材で
あり、その先端に吸排口２０を有している。吸排口２０
の直径は、細胞の大きさよりも少し大きめに設定されて
おり、通常数μｍ〜数百μｍである。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、ピックアップ装置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、ホルダ部２３と支持ブロック２４と
から主に構成されている。ホルダ部２３は、ピペット本
体１８を保護するための保護筒２５と、保護筒２５を把
持するための把持部２６とから構成されている。把持部
２６は、支持ブロック２４に向けて突出するボールジョ
イント２７を有している。支持ブロック２４は、アーム
１５の先端に取り付けられており、ソケット２８を有し
ている。このソケット２８には、把持部２６のボールジ
ョイント２７が嵌合している。これにより、ホルダ部２
３は、支持ブロック２４に角度調節可能に取り付けられ
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。

【００１１】制御装置５は、ＣＲＴ２９と、操作パネル
３０と、制御ユニット３１とを有している。操作パネル
３０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３１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、ＣＲＴ２９等が制御され
る。

【００１２】ピックアップ装置６は、前面に操作部３２
を有している。また、ピックアップ装置６は、図３に示
すような吸排装置３３を内部に有している。吸排装置３
３は、プランジャ３４を備えたシリンダ３５と、プラン
ジャ３４の駆動装置３６とから主に構成されている。シ
リンダ３５には、チューブ２１の他端が連結されてい
る。なお、チューブ２１は、途中にメンブランフィルタ
７を備えている。

【００１３】駆動装置３６は、ねじ棒３７を備えたステ
ッピングモータ３８を有している。このステッピングモ
ータ３８は、１ステップ作動するとねじ棒３７を極少量
だけ回動し得る。ねじ棒３７は、１組の軸受け３９，３
９により支持されている。また、ねじ棒３７には、移動
部材４０が取り付けられている。移動部材４０は、ねじ
棒３７の回動にしたがって、ねじ棒３７上をステッピン
グモータ３８方向に、またはステッピングモータ３８か
ら離れる方向に移動し得る。この移動部材４０には、１
組の軸受け３９，３９間に配置された回り止め４１が貫
通している。この回り止め４１により、移動部材４０は
ねじ棒３７周りの回転を規制されている。移動部材４０
の一端は、プランジャ３４に連結されている。プランジ
ャ３４は、移動部材４０の移動と連動して、シリンダ３
５内を移動し得る。

【００１４】上述のピックアップ装置６は、図４に示す
制御部４２を備えている。制御部４２は、ＣＰＵ４３
と、ＲＡＭ４４と、ＲＯＭ４５と、Ｉ／Ｏポート４６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４６の入力側には、操作部３２とその他の入
力部とが接続されている。また、Ｉ／Ｏポート４６の出
力側には、ステッピングモータ３８とその他の出力部と
が接続されている。

【００１５】次に、図５から図７に示す制御フローチャ
ートにしたがって、前記ピックアップ装置６の動作を説
明する。ここでは、容器８内の細胞を他の容器に移し換
える場合について説明する。

【００１６】ピックアップ装置６の図示しないメインス
イッチをＯＮすると、プログラムがスタートする。ステ
ップＳ１では、初期設定が行われる。ここでは、例えば
ステッピングモータ３８が作動して移動部材４０がステ
ッピングモータ３８から離れる方向に移動し、プランジ
ャ３４がシリンダ３５のチューブ２１側先端から１／４
程度の位置まで押し込まれる。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操作部３２からの
キー入力を待つ。そして、プログラムはステップＳ２で
吸引キーが押されたか否かを判断する。また、ステップ
Ｓ３では吐出キーが押されたか否かを判断する。さら
に、ステップＳ４ではその他の処理指令のキーが押され
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。

【００１７】オペレーターが操作部３２の吸引キーをＯ
Ｎすれば、プログラムはステップＳ２からステップＳ５
に移行し、ここで図６の吸引動作サブルーチンを実行す
る。ここでは、ステップＳ１後の待期状態中に、予めオ
ペレーターがマイクロマニピュレータの操作パネル３０
を操作してマイクロピペット１７の吸排口２０を容器８
内の細胞懸濁液中に配置しているものとする。

【００１８】吸引動作サブルーチンがスタートすると、
ステップＳ８ではステッピングモータ３８の作動ステッ
プ数Ｓを０に設定する。次にステップＳ９では、オペレ
ーターが操作部３２の吸引スイッチをＯＮしたか否かを
判断する。オペレーターが吸引スイッチをＯＮしなけれ
ば、プログラムは待期状態となる。オペレーターが吸引
スイッチをＯＮすれば、プログラムはステップＳ１０に
移行する。ステップＳ１０では、ステッピングモータ３
８に回転を指令する。これにより、ねじ棒３７が回動
し、移動部材４０がステッピングモータ３８方向に移動
し始める。この結果、プランジャ３４がシリンダ３５か
ら突出する方向に移動し、シリンダ３５の内圧が徐々に
低下する。この結果、ピペット本体１８内の空気がチュ
ーブ２１を介してシリンダ３５内に吸引され、ピペット
本体１８の内圧が徐々に低下する。これにより、容器８
内の細胞は、培養液とともに吸排口２０からピペット本
体１８内に吸引される。

【００１９】次に、ステップＳ１１では、オペレーター
が吸引スイッチをＯＦＦしたか否かを判断する。オペレ
ーターが吸引スイッチをＯＮし続けていると、プログラ
ムは待期状態となり、細胞懸濁液の吸引動作を続行す
る。オペレーターが吸引スイッチをＯＦＦすると、プロ
グラムはステップＳ１１からステップＳ１２に移行す
る。ステップＳ１２では、ステッピングモータ３８への
停止指令を出力し、これによりステッピングモータ３８
が停止する。次に、ステップＳ１３では、ステッピング
モータ３８の回転量Ａを記憶する。この回転量Ａは、ス
テッピングモータ３８が作動し始めてから停止するまで
の作動ステップ数に置き換えて記憶する。ステップＳ１
３が終了すると、プログラムは図５のメインルーチンに
復帰して待期状態となる。

【００２０】上述の吸引動作では、ステッピングモータ
３８がねじ棒３７を小刻みに回動させるので、オペレー
タが吸引スイッチをＯＮしている状態でもピペット本体
１８内にはわずかづつしか細胞懸濁液は吸引されない。
したがって、オペレータは、従来の様に手動による微妙
な吸引動作を行う必要がなく、吸引操作が容易に行え
る。

【００２１】オペレーターが操作部３２の吐出キーをＯ
Ｎすると、プログラムはステップＳ３からステップＳ６
に移行し、ここで図７の吐出動作サブルーチンを実行す
る。吐出動作サブルーチンのステップＳ１４では、オペ
レーターが操作部３２の自動吐出スイッチをＯＮしたか
否かを判断する。オペレーターが自動吐出スイッチをＯ
Ｎすれば、プログラムはステップＳ１４からステップＳ
１５に移行する。

【００２２】ステップＳ１５では、吸引動作サブルーチ
ンのステップＳ１３で記憶したステッピングモータ３８
の回転量Ａを読み込む。次に、ステップＳ１６では、ス
テッピングモータ３８の作動ステップ数Ｓを０に設定す
る。ステップＳ１６が終了すると、プログラムはステッ
プＳ１７に移行し、ステッピングモータ３８に逆回転を
指令する。これにより、移動部材４０は、ステッピング
モータ３８から離れる方向に移動を開始し、プランジャ
３４をシリンダ３５内に押し込み始める。ここでは、シ
リンダ３５内の空気がメンブランフィルタ７及びチュー
ブ２１を介してピペット本体１８内に供給され、ピペッ
ト本体１８の内圧が高まる。この結果、ピペット本体１
８内に吸引された細胞懸濁液が吸排口２０から吐出され
る。次に、ステップＳ１８では、ステッピングモータ３
８の作動ステップ数ＳがステップＳ１５で読み込まれた
回転量Ａになったか否かを判断する。作動ステップ数Ｓ
が回転量Ａになっていないと判断した場合は、プログラ
ムは待期状態となり、ステッピングモータ３８は逆回転
し続ける。この結果、ピペット本体１８では細胞懸濁液
の吐出動作が続行される。ステッピングモータ３８の作
動ステップ数ＳがＡになると、プログラムはステップＳ
１９に移行する。ステップＳ１９では、ステッピングモ
ータ３８の作動を停止する。この結果、ピペット本体１
８では細胞懸濁液の吐出動作が停止される。上述の吐出
動作では、ステッピングモータ３８は吸引動作時に作動
したステップ数だけ逆回転するので、吸引した細胞懸濁
液と同量の細胞懸濁液が吐出されることになる。ステッ
プＳ１９が終了すると、プログラムは図５のメインルー
チンに復帰して待期状態となる。

【００２３】オペレーターが自動吐出スイッチをＯＮし
なければ、プログラムはステップＳ１４からステップＳ
２０に移行する。ステップＳ２０では、オペレーターが
手動吐出スイッチをＯＮしたか否かを判断する。オペレ
ーターが手動吐出スイッチをＯＮしなければ、プログラ
ムは待期状態となる。オペレーターか手動吐出スイッチ
をＯＮすれば、プログラムはステップＳ２１に移行し、
ステッピングモータ３８に逆回転を指令する。これによ
り、上述のと同様の動作によりピペット本体１８の内圧
が高まり、ピペット本体１８では細胞懸濁液の吐出動作
が開始される。次に、ステップＳ２２では、オペレータ
ーが手動吐出スイッチをＯＦＦしたか否かを判断する。
オペレーターが手動吐出スイッチをＯＦＦしなければ、
プログラムは待期状態となり、ピペット本体１８では細
胞懸濁液の吐出動作が続行される。オペレーターが手動
吐出スイッチをＯＦＦすれば、プログラムはステップＳ
２２からステップＳ１９に移行し、ステッピングモータ
３８を停止させる。これにより、ピペット本体１８では
細胞懸濁液の吐出動作が停止する。ステップＳ１９が終
了すれば、プログラムは図５のメインルーチンに復帰し
て待期状態となる。

【００２４】オペレーターが操作部３２のその他のキー
をＯＮすれば、プログラムはステップＳ４からステップ
Ｓ７に移行し、ここでオペレーターのキー入力に対応し
た処理が行われる。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） 前記実施例では、細胞懸濁液の自動吐出動作時
に、吸引された細胞懸濁液と同量の細胞懸濁液が吐出さ
れるように構成したが、吐出量が吸引量よりも若干多め
になるよう構成されていてもよい。この場合は、ピペッ
ト本体１８内に吸引した細胞が確実に吐出できる。

【００２６】（ｂ） 前記実施例では、吸引動作時の吸
引量を手動で設定するよう構成したが、吸引量は予め設
定されていてもよい。この場合は、オペレーターが吸引
スイッチをＯＮするだけで自動的に設定量の細胞懸濁液
が吸引されることになる。したがって、この場合は、所
定のスイッチの操作を行うと細胞懸濁液の吸引吐出動作
が全自動で行える。

【００２７】なお、この実施例では、細胞懸濁液の吸引
量を数種類設定しておけば、オペレーターが操作部３２
の操作により吸引量を選択するだけで、所望の容量の細
胞懸濁液が吸引できる。

【００２８】（ｃ） 前記実施例では、ピペット本体１
８の吸排口２０を細胞懸濁液中に配置すると、毛細管現
象により吸排口２０からピペット本体１８内に細胞懸濁
液が吸い込まれるが、吸引動作の開始前に毛細管現象に
よる細胞懸濁液の吸い込み容量が適正になるよう調節を
行ってもよい。ここでいう適正な吸い込み容量とは、ピ
ペット本体１８内に吸い込まれた細胞懸濁液が、ピペッ
ト本体１８の内径が一定になる位置（図２の一点鎖線ａ
の位置）まで到達するのに必要な容量をいう。吸い込み
容量の調節は、吸引動作前に例えば吐出動作を行ない、
ピペット本体１８の内圧を調節することにより行える。
この場合は、以後の細胞懸濁液の吸引動作が滑らかに行
える。

【００２９】（ｄ） 前記実施例では、吸引キー又は吐
出キーをＯＮした後に吸引スイッチ又は吐出スイッチを
ＯＮするとステッピングモータ３８が作動するように構
成したが、本発明はこれに限られない。例えば、吸引キ
ー及び吐出キーの自動モードと手動モードの切換えキー
を設け、この切換えキーにより自動モードを選択すれ
ば、吸引キー又は吐出キーをＯＮするだけでステッピン
グモータ３８が作動するように構成してもよい。

【００３０】

【発明の効果】本発明のマイクロマニピュレータは、上
述のようなシリンダを備え、そのプランジャは、制御手
段により制御されながら移動手段によりシリンダ内を移
動する。したがって、本発明のマイクロマニピュレータ
では、ピックアップ操作が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概略図。

【図２】前記実施例の拡大部分図。

【図３】前記実施例に採用されたピックアップ装置の概
略構成図。

【図４】その制御部の概略図。

【図５】前記制御部の制御フローチャート。

【図６】前記制御部の制御フローチャート。

【図７】前記制御部の制御フローチャート。

【符号の説明】

６ ピックアップ装置 １８ ピペット本体 ２１ チューブ ３４ プランジャ ３５ シリンダ ３６ 駆動装置 ４２ 制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】微小物質を捕捉するマイクロピペットと、 プランジャを有するシリンダと、 前記シリンダと前記マイクロピペットとを連結するため
   の連結手段と、ステッピングモータと、前記ステッピングモータにより
   回転駆動されるねじ棒と、前記ねじ棒に螺合するととも
   に回転規制されて前記プランジャと一体的に移動可能で
   ある移動部材とを含み、 前記プランジャを前記シリンダ
   内で移動させるための移動手段と、前記ステッピングモータに制御信号を与えることによ
   り、 前記移動手段の動作を制御する制御手段と、 を備えたマイクロマニピュレータ。