JPS6224973A - 微細物体操作装置 - Google Patents

微細物体操作装置

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Publication number
JPS6224973A
JPS6224973A JP60159356A JP15935685A JPS6224973A JP S6224973 A JPS6224973 A JP S6224973A JP 60159356 A JP60159356 A JP 60159356A JP 15935685 A JP15935685 A JP 15935685A JP S6224973 A JPS6224973 A JP S6224973A
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JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric element
piezoelectric
clamping
ultrasonic waves
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP60159356A
Other languages
English (en)
Inventor
日出夫 安達
朋樹 舟窪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP60159356A priority Critical patent/JPS6224973A/ja
Publication of JPS6224973A publication Critical patent/JPS6224973A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Gripping Jigs, Holding Jigs, And Positioning Jigs (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

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、細胞等の微細物体を挟持操作する微細物体操
作装置に関し、特に挟持した微細物体の音響的性質の検
知等を行なう手段に関する。
〔従来の技術〕
従来、手で直接つかむことのできない小さな物体をつか
み取る道具としてビンセットが用いられてきた。しかる
に従来型のピンセットで挟持し得るのは、せいぜい数1
00譚程度の大きさを有するものまでであって、これよ
り微細なもの例えば数−〜数士譚程度の細胞等を挟持操
作することはできない。ところが最近はバイオ酵素にお
ける細胞の挟持操作あるいは高密度半導体分野での微細
物体の挟持操作等、微細物体の挟持操作を要することが
非常に増えてきた。
対象物が細胞である場合、挟持力の大きさが過度になる
と細胞が破壊されてしまうので、特に慎重を期す必要が
ある。細胞操作を行なう手段として、マイクロマニュビ
レーティングなる手段がある。これは細胞を顕微鏡下で
吸引、注入2選別。
切断等の操作をマイクロピペットを用いて行なうもので
ある。
第12図は上記手段を備えた装置の一例を示す側面図で
ある。この装置は図に示すように、支持部材1,2によ
り支持されたりニアモータ3および4によってスライダ
5を矢印で示す如<X、 Y方向に摺動させ、スライダ
5の一端に取付けたマイクロピペット6をマニュビレー
トすることにより、細胞操作を行なうものとなっている
。なお第12図中、7はステージ、8はシャーシ、9は
細胞、10は照明レンズ、11は対物レンズである。
C発明が解決しようとする問題点〕 細胞操作においては10〜300prt程度の細胞およ
びその中の5〜10−程度の核プラスミド(細胞中の染
色体以外のDNA断片)を操作することが必要である。
したがって、操作装置としてはミリメートル・オーダの
粗動と0.1ax程度の精度を有する微動とを行なえる
ことが条件となる。
しかるに第12図に示した構成のマニュピレータでは上
記条件を十分に満たし得ない。
すなわち、上記装置では、■リニア動作しかできない、
■位置決め精度が比較的悪い、■アームが長ずぎて外部
振動の影響を受は易い、■細胞内への注入、脱核、切断
等を行なう際の力の入れ方を微妙にコントロールしにく
い、等の欠点をもっており、実用上の要請に応じきれな
い。
なお、本発明者らは微細物体操作用の圧電式ビンセット
を開発し、特願昭60−77889号として既に出願し
ている。
第13図(a)(b)はその−例を示す斜視図である。
図に示すように、一対の挟持側21.22と連結体23
との間にバイモルフ構造の圧電素子24゜25を取付け
、この圧電素子24.25に印加する電圧を1ltlJ
 Illすることによって挟持側21.22の先端を変
位させるようになっている。なお同図(a)の圧電素子
は一舛の圧電セラミックスを接合した構造のものであり
、同図(b′)の圧電素子は非圧電部材と圧電セラミッ
クスとを接合した構造のものである。この圧電式ビンセ
ットによれば0.1〜0.01譚程度の高い変位精度が
得られる上、リニアな変位だけでなく屈曲、ねじれ、振
動などのフレキシブルな機械的動作が可能となる。した
がって前述したリニアモータ式のマニュピレータに比べ
ると、かなり微妙な細胞操作を適確に行なえる利点を有
している。
しかしながら、上記の圧電式ビンセットは細胞等の微細
物体の挟持操作を行なうことだけを目的としたものであ
り、挟持している微細物体の性質等までは検知不能なも
のであった。
ところで、上記圧電式ビンセットは、装着されている圧
電素子へ印加する電圧を適宜コントロールすることによ
って、全く同一構造のままで、挟持機能のほかに超音波
の発信および受信が可能であることが判った。なお細胞
に電圧を印加し、そのとき細胞に流れる微小電流値の変
化等を測定することは従来から行なわれてきたが、細胞
操作の過程での超音波による情報検出は行なわれていな
かった。
そこで本発明は、細胞等の微細物体を適確に挟持操作す
ることができる上、挟持した微細物体の性質がどのよう
なものかを同時に検知可能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〕
本発明は上記問題点を解決し、目的を達成するために、
次のような手段を講じたことを特徴としている。すなわ
ち本発明の微細物体操作装置は、微細物体を挟持した状
態で、上記微細物体に超音波を加え得るように、例えば
ピンセット本体に圧電素子を装着し、この圧電素子に直
流電圧を印加して変位を生じさせると共に、上記圧電素
子に超音波発生用の励振電圧を印加して超音波を発生さ
せ、微細物体に超音波を加えるようにしたものであり、
必要に応じてその透過波または反対波を受信して電気信
号を外部に取出すようにしたことを特徴としている。
(作用) このような手段を講じたことにより、挟持した微細物体
の超音波処理を行なえると共に、取出された信号を解析
することによって超音波の伝搬時間や減衰量を知ること
ができ、挟持した微細物体の硬さその他の性質を検知可
能となる。
第1図は本発明の基本的構成を示す図であり、第2図は
第1図のA部の拡大図である。第1図。
第2図に示すように本装置30は一対の挟持側31゜3
2が、それぞれ圧電素子31a 、 31bおよび32
a。
32bを接合してなるバイモルフ構造の圧電素子によっ
て構成されている。上記各圧電素子318゜31bに、
それぞれ所定極性および大きさを有する直流電圧を印加
すると、挟持側31.32の各先端は狭ばめられ、細胞
等の微細物体33を挟持可能となる。
この状態で、上記一方の挟持側たとえば31を構成して
いる圧電素子31a 、 31bに超音波発生用の励振
電圧をたとえば前記直流電圧に重畳した形で印加すると
、厚み縦振動が起こり、超音波を発生させる。この超音
波は第2図に示すように細胞などの微細物体33の内部
を伝搬し反対側の挟持面32の先端に達する。そうする
と、この超音波は挟持面32を構成している圧電素子3
2a 、 32bにより受信され、電気信号に変換され
て外部に取出される。
したがってこの取出された電気信号を解析することによ
って、超音波が微細物体33を伝搬する速度や減衰度等
を知ることができ、その結果、微細物体33の性質が判
明する。なお、超音波発生用の励振電圧の振幅等を変化
させることによって、細胞等に撮動を加えたり、いわゆ
る超音波処理を行なうことができる。
〔実施例〕
第3図および第4図は本発明の一実施例の斜視図および
平面図である。第3図、第4図において、41、42は
対をなす挟持面であり、これらの各基端は連結体43に
対しビス44.45により固定されている。上記各挟持
面41.42はそれぞれ圧電素子41a。
41bおよび42a 、 42bを接合したバイモルフ
構造の圧電素子により構成されている。圧電素子41a
41bの中間および圧電素子42a 、 42bの中間
には、それぞれリン青銅などの弾性を有する金属板が中
間電極41c 、 42cとして挟込まれている。なお
、圧電素子41a 、 41bの両外側面および圧電素
子42a 、 42bの両外側面には、Ac+、’Ni
等からなる外側電極が設けられている。そして圧電素子
41a 、 41bの外側電極は端子46に対して共通
に接続されており、中間電極41cは端子47に接続さ
れている。また圧電素子42a 、 42bの外側N極
は端子48に対して共通に接続されており、中間電極4
2cは端子49に接続されている。
第5図は第3図および第4図に示した挟持面41゜42
を構成しているバイモルフ構造の圧電素子の構造を示す
部分断面図である。第5図に示すように、第3図、第4
図に示す挟持面41.42を構成している圧電素子50
は、図中矢印で示すごとく分極方向が同一方向を向くよ
うに配置された2枚の圧電セラミックス51.52を、
中間電極53をはさんで接合し、かつその両側に外側電
極54.55を設け、上記外側電極54.55を端子4
6 (48)に接続し、中間電極53を端子47 (4
9)に接続するようにした、並列型バイモルフ構造の素
子である。
なお圧電素子の構造としては第5図のものに限られるも
のではなく、第6図あるいは第7図に示す構造のもので
あってもよい。
第6図に示した圧電素子60は、分極方向を逆にして配
置した2枚の圧電セラミックス61.62を接合し、そ
の両側に外側電極64.65を設け、これらの外側電極
64.65を端子46(48)および47(49)に接
続するようにした直列型バイモルフ構造の素子である。
第7図に示した圧電素子70は、圧電セラミックス71
を非圧電部材72の上に接合し、圧電セラミックスの両
側電極を端子46(48)および47(49)に接続す
るようにした単一圧電素子である。
第8図(a>(b)はバイモルフ構造の圧電素子の動作
説明図である。同図(a)のように長さ℃2幅W、厚み
tなるバイモルフ構造の圧電素子80の電気歪み係数を
d31とし、印加電圧を■とすると、同図(b)に示す
ように基端81を固定したときの先端82の変位量ΔX
は、 Δ x = 3 ・ β 2  ・ d ヨ 1  ・
 V / t 2となる。またこのときの圧電素子80
の変位端における押圧力pは、バイモルフ幅をW、ヤン
グ率をEhとすると、 P−3wt−d3t  ・Eh ・V/4℃となる。か
くして前記端子46(48)および47(49)に所定
の極性および大きさを有する信号電圧を印−加すると、
この信号電圧による電界方向と圧電セラミックスの分極
方向との関係において、一方の圧電セラミックスが伸び
るとき他方の圧電セラミックスが縮むように作動し、結
果としてΔXなる変位量およびPなる押圧力にて圧電セ
ラミックスの重合方向へ湾曲変形する。
第9図は第5図に示した並列型バイモルフ構造の圧電素
子50を二側用圧電素子50A、50Bとして用いたも
のの動作制御手段を示す図である。図に示すように圧電
素子50Aには直流電圧供給源91からの直流電圧を抵
抗92を介して印加すると共に、圧電素子503には別
の直流電圧供給源95からの直流電圧を抵抗96を介し
て印加し、圧電素子50A。
50Bを変位させて細胞等の微細物体33を挟持するも
のとなっている。なお、場合によっては上記直流電圧供
給#I91または95のいずれか一方のみを選択的に作
動させることにより、一方の挟持脚50Aまたは50B
のみを変位させて微細物体33を挟持するようにしても
よい。
このように微細物体33を挟持した状態で、超音波発生
用の励振電源93を作−動させると、上記励振電源93
からの高周波の励振電圧が結合コンデンサ94を介して
前記直流電圧に重畳された形で圧電素子50Aに与えら
れる。なお上記励振電圧の振幅は直流電圧の大きさに対
して十分小さいものとする。
上記励振電圧が圧電素子50  に供給されると、圧電
素子50Aが微小振動を起こq、超音波が励起されて微
細物体33内に発信される。なおこの場合の超音波の励
起動作においては屈曲振動数が数10K)lx〜100
KHz程度の周波数領域の超音波が効率よく励起される
微細物体33内を伝搬した超音波は他方の圧電素子SO
Bの先端に到達して受信される。受信された超音波は電
気信号に変換され、結合コンデンサ91を介して出力端
子98.99間に取出される。この取出された電気信号
の到達時間や周波数特性を解析することによって微細物
体33の音響的性質等を評価することができる。
第10図は第6図に示した直列型バイモルフ構造の圧電
素子60を三脚用圧電素子60A、60Bとして用いた
ものの動作制御手段を示す図である。図示のように、圧
電素子60A、60Bに直流電圧供給[101、104
の少なくとも一方から直流電圧を印加することにより、
圧電素子60A、6013の少なくとも一方が変位し、
微細物体33を挟持するものとなっている。
この状態で一方の圧電素子60Aの中間電極に対し、超
音波発生用の励振電源102からの励振電圧を結合コン
デンサ103を介して印加すると、圧電素子60Aには
厚み縦撮動が励起されることになる。
その結果、圧電素子60Aの厚みに相当する振動が励起
される。例えば圧電素子60Aの厚みが0.2゜であれ
ば約10M)lxの超音波振動が励起されることになる
。この超音波は微細物体33内を伝搬し、他方の圧電素
子603に受信される。そして電気信号に変換されて中
間電極から出力され、これが結合コンデンサ105を介
して出力端子106 、107間に取出される。この取
出された電気信号を解析することにより、微細物体33
の性質を評価できることになる。
第11図は第10図の場合と同様に直列型バイモルフ構
造の圧電素子60を三脚用圧電素子60A。
60Bとして用いたものの動作制御手段を示す図である
が、動作制御手段としては第9図に示したものと同様の
ものを用いた例である。この例では屈曲振動が励起され
る。
上述した実施例においては、圧電式ピンセットの三脚を
構成する圧電素子に直流電圧を印加することにより変位
動作させ、微細物体33を挟持するようにしているので
、微妙なコントロールをもって精度のよい挟持操作を行
なうことができる。又上記挟持操作した状態において一
方の挟持脚の圧電素子に超音波発生用の励振電圧を印加
して超音波を励起し、微細物体33を透過した超音波を
他方の挟持脚の圧電素子によって受信して電気信号に変
換し、外部に取出すようにしているので、挟持している
細胞等の微細物体33における音響的性質あるいは弾性
的な性質を検知可能となる。特に例えば細胞の硬さ等を
明確に知ることができるのでその細胞の取畿い方やその
後の病理学的判断ないし診断等の方向づけが大変し易い
ものとなる。
なお本発明は前記実施例に限定されるものではない。た
とえば前記実施例では三脚を同一構造の圧電素子にて構
成した場合を示したが、異なる構造の圧電素子を用いて
構成してもよい。また前記実施例では一方の挟持脚を構
成する圧電素子から超音波を発信させ、他方の挟持脚を
構成する圧電素子にて上記超音波を受信するようにした
場合を示したが、一方挟持脚を構成する圧電素子単体で
、超音波の発信を行なうと共に、その反射波を受信する
ようにしてもよい。また前記実施例では二側を構成する
バイモルフ構造の圧電素子にて挟持操作および超音波送
受信動作を行なうようにした場合を示したが、挟持操作
は二側の基端部間に装着した積層型圧電素子によって行
ない、超音波送受信のみを二側に装着した圧電素子によ
って行なうようにしてもよい。また超音波送受信の圧電
素子の取付は位置は必ずしも二側先端部に限られるもの
ではなく、屈曲振動を利用するタイプのものである場合
には例えば第13図(a)(b)に示すように二側の途
中等に取付けてもよい。さらに前記実施例では挟持操作
と超音波送受信動作とをいずれも圧電素子にて行なう例
を示したが、挟持操作は別の手段で行ない、超音波送受
信のみを圧電素子にて行なうようにしてもよい。また超
音波の受信は行なわずに、超音波発信のみを行ない、対
象とする微細物体の超音波処理等だけを行なうようにし
てもよい。このほか本発明の要旨を変えない範囲で種々
変形実施可能であるのは勿論である。
〔発明の効果〕
本発明の微細物体操作装置は、微細物体を挟持した状態
で上記微細物体に超音波を加えるように構成したことを
特徴としている。
したがって、本発明によれば細胞等の微細物体を適確に
挟持操作することができる上、挟持した微細物体の性質
がどのようなものかを同時に検知可能な微細物体操作装
置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本的構成を示す図、第2図は第1図
の主要部を拡大して示す図、第3図および第4図は本発
明の一実施例の構成を示す斜視図および平面図、第5図
は同実施例の挟持脚を構成する圧電素子の構造を示す断
面図、第6図および第7図は同じ(挟持脚を構成する圧
電素子の異なる構造例を示す部分断面図、第8図(a)
(b)は同実施例の圧電素子の変位動作説明図、第9図
は同実施例の圧電素子からなる挟持脚の動作制御手段を
示す図、第10図および第11図は同じく挟持脚の動作
制御手段の異なる例を示す図である。 第12図は従来例を示す図、第13図(a)(b)は解
決すべき問題点を説明するための斜視図である。 31、32.41.42・・・挟持脚、50 (50A
 、 50B ) 。 60 (60A 、 60B ) 、 70・・・圧電
素子、33・・・細胞等の微細物体、51.52.61
.62.71・・・圧電セラミックス、54.55.6
4.65・・・外側電極、41G、 42C,53・・
・中間電極、91.95.101 、104・・・直流
電圧供給源、93.102・・・超音波発生用の励振電
源。 出願人代理人  弁理士 坪井 淳 第1図 第2図 4ご 第4図 第5因         N6rjgJη 第7因 M8F!!!J 第12図 第13図 手続補正書 昭和60.9・」4I]

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 微細物体を挟持した状態で上記微細物体に超音波を加え
    るように構成されたことを特徴とする微細物体操作装置
JP60159356A 1985-07-19 1985-07-19 微細物体操作装置 Pending JPS6224973A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60159356A JPS6224973A (ja) 1985-07-19 1985-07-19 微細物体操作装置

Applications Claiming Priority (1)

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JP60159356A JPS6224973A (ja) 1985-07-19 1985-07-19 微細物体操作装置

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JPS6224973A true JPS6224973A (ja) 1987-02-02

Family

ID=15692057

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60159356A Pending JPS6224973A (ja) 1985-07-19 1985-07-19 微細物体操作装置

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JP (1) JPS6224973A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004113391A (ja) * 2002-09-25 2004-04-15 Olympus Corp 超音波診断装置

Cited By (1)

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