JPS62157789A

JPS62157789A - 微細物体操作装置

Info

Publication number: JPS62157789A
Application number: JP29409985A
Authority: JP
Inventors: 日出夫安達; 玉川　彰; 船窪　朋樹
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1985-12-27
Filing date: 1985-12-27
Publication date: 1987-07-13

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、微細物体を挟持するために操作する微細物体
操作装置の改良に関する。

〔従来の技術〕

近年、細胞微細操作はバイオテクノロジーの基礎技術と
して非常に重要になってきている。細胞操作技術は、生
化学反応を高効率で行う微生物や細胞を選別して遺伝子
の組換えを行う技術のことであり、顕微鏡を見ながら物
理的、機械的に操作するということが生化学、生物学的
な方法とともに研究、されている。対象となる細胞は、
例えば細胞の幅が１μｍ程度の細菌（バクテリア）、そ
れよりも少し大きな放線菌、５μｍ程度の酵母、細胞の
幅が１０μｍ以上の糸状菌（カビ）、さらに大きな藻類
および１００〜３００μｍの原生動物の単細胞生物等で
ある。操作の対象となる細胞の大きさは通常１０〜１０
０μｍ程度であり、卵細胞などでは１００μｍを越える
ものも対象となっている。以上のような細胞の操作と１
７では微小ピペット微小注入１遣別等があるが、細胞操
作に関するニーズとしては細胞を挟持するといったニー
ズかある。

従来、かかる細胞を挟持する操作技術は、マイクロピペ
ットで細胞を吸引保持しながら細胞内に注入することに
より行なわれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、この細胞挟持操作技術は細胞を精度良く保持で
きないといった欠点がある。すなわち、この操作技術は
、マイクロピペットを用いて例えばシャーレの中で細胞
浮遊液中に浮遊している細胞を保持する操作であるが、
マイクロピペットの吸込みにより目的の細胞がマイクロ
ピペット吸入孔に近づいて（るが、吸入孔に近づく程、
吸入孔に近づく速度が増加し、場合によっては細胞をマ
イクロピペット中に吸込んでしまうという不都合があっ
た。また、マイクロピペットの防圧により細胞を保持す
ることになるので、この防圧の変化によって保持力が変
化するといった欠点があった。

特に、この種のマイクロピペットは油圧方式による防圧
を利用するものであり、油圧シリンダーや油の充填され
た油圧伝達パイプ中のオイルは極めて熱膨張係数が大き
く、このためかかる防圧のコントロールが難しかった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、マイクロピ
ペットで細胞を保持する時の動作上の欠点および油圧を
用いる時の欠点をともに除去し、電気的制御によって高
精度に細胞を操作できる安価な微細物体操作装置を提供
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、回転角信号および挟持力に応じた信号を出力
する制御グリップと、この制御グリップから出力された
信号に比例した駆動信号を出力する駆動信号発生部と、
この回転用圧電バイモルフおよび挟持用圧電バイモルフ
が設けられ、前記駆動信号発生部から出力される駆動信
号に応じて前記バイモルフが変位して微細物体を挟持す
る微細物体挟持体とを有し、手元で制御グリップを操作
して微細物体を挟持するものである。

〔作用〕

従って、以上のような手段とすることにより、操作者が
手元で制御グリップを操作指示するだけで、微細物体挟
持体がその操作指示に応じて自在に可動し、あたかも実
際に微細物体を手で触れて操作しているかの様な感覚で
微細物体を操作挟持でき、これにより操作者の意図する
操作を確実かつ迅速に行うことが可能である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。第１図は本発明装置の概略的な構成図、第２図は第
１図をより具体化したシステム構成図、第３図は制御グ
リップの一興体例図である。

これらの図において１は操作者により図示イ矢印方向に
操作され、かつ機械的あるいは人為的に図示口矢印方向
に操作される制御グリップであって、これは基部側に設
けられ回転量を検出するポテンショメータ２．この基部
側の台座６より突設された２枚の弾性ばね３，３および
この弾性ばね３゜３の先端部に介在されたストレインゲ
ージ４によって構成され、弾性ばね３，３を指５で挟ん
で挟持力を及ぼすことにより、ストレインゲージ４に挾
持力に比例した応力が加わり、この応力に比例した電圧
が出力される。なお、制御グリップ１は第３図に示すよ
うに台座７に取り付けられる。この台座７は固定ねじ９
により固定軸８に固定されている。この固定軸８は、ｘ
、ｙ、ｚ方向のリニア移動軸に接続され、かつこれらｘ
、ｙ、ｚ方向の移動量を検出するためのリニアエンコー
ダ等変位センサが各々の軸に取付けられている。なお、
第３図にはリニア移動に関する部分は挟持ヘッドの粗動
に関わるものであり、またｘ、ｙ、ｚ軸方向の粗動に関
しては例えば従来の油圧等のアクチュエータが用いられ
る。

１０は制御グリップ１の出力電圧に比例する駆動信号を
出力する駆動信号発生部であって、ストレインゲージ４
の出力を所定の増幅度で増幅する第１の増幅器１１と、
この増幅器１１の出力を駆動用電圧に変換する挟持用圧
電バイモルフ駆動部１２と、ポテンショメータ２からの
回転角に比例した信号を所定の増幅度で増幅する第２の
増幅器１３と、この増幅器１３の出力を駆動用電圧に変
換する回転用圧電バイモルフ駆動部１４とにより構成さ
れている。

２０は微細物体を挟持する微細物体挟持体であって、こ
れは例えば第４図に示すように固定シャフト２３に固定
されたバイモルフ支持台２４に４個の圧電バイモルフ２
２・・・が所定の位置関係をもって支持されている。こ
れらの圧電バイモルフ２２・・・は圧電バイモルフ用駆
動部１４の出力端にパラレルに接続されている。そして
、これら圧電バイモルフ２２・・・の他端側にはベアリ
ングを有する回転可動部２５が取付けられている。つま
り、４個の圧電バイモルフ２２・・・はバイモルフ支持
台２４と回転可動部２５の間に所定間隔を支持して取付
けられ、駆動電圧により変位して回転可動部２５が微小
回転するようになっている。

この回転可動部２５には固定具２６が取付けられ、この
固定具２６には２つの圧電バイモルフ２１．２１を持っ
た圧電型ピンセットが取付けられている。これら２つの
圧電バイモルフ２１゜２１は前記回転用圧電バイモルフ
用駆動部１４から出力されるパラレル端子に接続されて
いる。第５図は２つの圧電バイモルフ２１．２１の構造
を示す。２７は圧電バイモルフ先端部である。

即ち、前記微細物体挟持具２０は、圧電バイモルフ２２
・・・に電圧Ｖが加わると、バイモルフ２２・・・の先
端がΔＸの変位をする。いま、圧電バイモルフの長さｌ
、厚さｔ１幅す１弾性率をＹとすると、 △Ｘ−（３ｄ３１Ｖ／１２　）１２　　・−−−−−（
１）Ｆ−（ｂ　ｔ／１）Ｙ−ｄ３１−Ｖ　　・・・・・
・（２）で表わすことができる。但し、Ｆは圧電バイモ
ルフ２２の先端に発生する力である。なお上式において
、ｄ３１は圧電定数、■は印加電圧である。

このように電圧Ｖを印加することによって変位△Ｘと力
Ｆを発生させることができるので、圧電バイモルフ２２
の先端部に固着されたポールベアリングの回転可動部（
第４図では周環部ルが微動回転することになる。また、
この回転可動部２５に圧電型ピンセットを一体化する構
造とし、前記印加電圧により圧電ピンセットの先端部２
７を微動回転させる構成となっている。いま、圧電バイ
モルフ２２の数をｎ個とすると、変位△Ｘは変わらない
が力Ｆはｎ倍になる。

次に、以上のように構成された装置の動作を説明する。

先ず、制御グリッド１を回転するとポテンショメータ２
から回転角に比例した信号が出力され、駆動信号発生部
１０に送出される。ここでは、ポテンショメータ２から
の信号は第２の増幅器１３により増幅され、回転用圧電
バイモルフ用駆動部１４で前記回転角に比例した駆動電
圧が得られ、この駆動電圧が、パラレル接続された４個
の圧電バイモルフ２２・・・に供給される。その結果、
これら４個の圧電バイモルフ２２・・・が変位し、これ
により回転可動部２５が微動回転することになる。

また、操作者が制御グリッド１の弾性ばね３３を指５で
挟んで図示イ矢印方向に挟持力を与えれば、ストレイン
ゲージ４から挟持力に比例した信号か出力され、同様に
駆動信号発生部１ｏに送出される。このストレインゲー
ジ４からの信号は第１の増幅器１１で増幅され、挟持用
圧電バイモルフ用駆動部１２で前記挟持力に比例した駆
動電圧が得られ、これが端子Ｔ１，７２間に印加される
。

よって、この駆動電圧を受けた圧電バイモルフ２１．２
１は変位し、圧電バイモルフ先端部２７により微細物体
を挟持することができる。

第６図は本発明装置を用いてシリコンオイル等の浮遊液
に浮遊された微細物体を挟持しようとする操作状況を示
す図である。図中２８は浮遊液２９を浮遊させるステー
ジ、３０は顕微鏡の対物レンズ、３１は微細物体である
例えば細胞を示す。

従って、以上のような実施例の構成によれば、制御グリ
ッド１の弾性ばね３を所望の挟持力で挟持すれば、その
挟持力に比例した駆動電圧が微細物体挟持体２０の圧電
バイモルフ２１．２１に印加され、その圧電バイモルフ
２１．２１の変位により微細物体３１を挟持するように
なっているので、手元の操作でありながら実際に微細物
体を手で挟持しているごとく操作でき、しかもこれに加
えて前記制御グリッド１から回転角に比例した信号を出
力して駆動電圧を得、この駆動電圧を回転用圧電バイモ
ルフ２２・・・に与えて微細物体挟持体２０を微小回転
させるようにしているため、操作者が意図する操作を確
実かつ迅速に行ない得、微細物体を能率よく操作できる
ものである。

なお、上記実施例は４個の回転用圧電バイモルフ、２個
の挟持用圧電バイモルフを使用したが、これらの数およ
び接続方法に限定されるものではない。その他、本発明
はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる
。

〔発明の効果〕

以上詳記したように本発明によれば、手元の操作で微細
物体挟持体を自在に操作することか可能であり、操作者
の意図する操作が確実かつ迅速に行うことができ、微細
物体の操作の能率化に大きく寄与させうる微細物体操作
装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の一実施例を説明するため
に示したもので、第１図は本発明装置の概略的な構成図
、第２図は第１図をより具体化したシステム構成図、第
３図は制御グリッドの一興体例を示す斜視図、第４図は
微細物体挟持体の一具体例を示す斜視図、第５図は挟持
用圧電バイモルフの構成図、第６図（ａ）および（ｂ）
は微細物体の操作状況を示す側断面図および上面図であ
る。１・・・制御グリッド、２・・・ポテンショメータ、３
・・・弾性ばね、４・・・ストレインゲージ、８・・・
固定軸、Ｕ・・・駆動信号発生部、１１．１３・・・増
幅器、１２．１４・・・駆動部、２０　・・・微細物体
挟持体、２１・・・挟持用圧電バイモルフ、２２・・・
回転用圧電バイモルフ、２５・・・回転可動部、２７・
・・圧電バイモルフ先端部。出願人代理人　弁理士　坪井　純第１０第２図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

微細物体を挟持する操作装置において、回転角信号およ
び挟持力に応じた信号を出力する制御グリップと、この
制御グリップから出力された信号に比例した駆動信号を
出力する駆動信号発生部と、この回転用圧電バイモルフ
および挟持用圧電バイモルフを有し、前記駆動信号発生
部から出力される駆動信号に応じて前記バイモルフが変
位して微細物体を挟持する微細物体挟持体とを備えたこ
とを特徴とする微細物体操作装置。