JPS63153513A - マイクロマニピユレ−タにおける微小器具の駆動機構 - Google Patents

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、マイクロマニピュレータにおいて、微小針や
微小ピペット等の微小器具を細胞等の内部に挿入し、あ
るいは細胞等の内部から急速に外部に引き抜くためのき
機構に関する。

〈従来の技術とその問題点〉 マイクロマニピュレータを用いて、細胞等に微小注射を
行ったり、細胞内電位を測定し、あるいは細胞内の核等
を除去しようとする場合、微小針や微小ピペットを細胞
内に刺し入れる必要がある。

また、微小針等の微小器具を細胞内に挿入し、所定の操
作を施した後には、その微小器具を細胞外へと引き抜（
必要がある。

従来のマイクロマニピュレータでは、微小器具の駆動機
構が純機械式あるいは油圧駆動式であるため、微小器具
を微小量だけ敏速に移動させることが困難であるため、
例えば細胞膜が堅すぎたり、あるいは表面が伸びやすい
細胞等においては、微小器具の先端を細胞内に挿入でき
ないという問題があった。同様な理由により、従来のマ
イクロマニピュレータでは、例えば細胞質が粘着性の細
胞等においては、微小器具が細胞に付着していまい、細
胞外へと引き抜きにくいという問題があった。

本発明の目的は、微小器具の先端を、容易に細胞等の内
部に挿入することができ、かつ、容易に細胞等の外部へ
引き抜くことのできる、マイクロマニピュレータにおけ
る微小器具の駆動機構を提供することにある。

〈問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための構成を、第１図に示す基本
概念図を参照しつつ説明すると、本発明は、入力された
制御信号に基づいて微小器具Ｍを水平方向に駆動する駆
動装置ａと、入力された操作信号と微小器具Ｍの変位検
出信号とに基づいて制御信号を発生する制御１１回路手
段すと、操作枠等の手動操作に基づく手動操作信号を発
生する第１の操作信号発生手段Ｃと、あらかじめ設定さ
れた条件に基づく自動操作信号を発生する第２の操作信
号発生手段ｄと、指令が与えられた時点における手動操
作信号を記憶する記憶手段ｅと、第１および第２の操作
信号発生手段Ｃおよびｄからの信号を切換えて制御回路
手段すに供給する操作信号切換手段ｆを備え、記憶手段
ｅの内容に基づいて、手動操作によってあらかじめ設定
された２位置間を所定の高速度で自動的に微小器具Ｍを
移動させ得るよう構成したことによって特徴づけられる
。

〈作用〉 微小器具Ｍを細胞等の内部に挿入する場合には、操作信
号切換手段ｆにより、制御回路手段すに供給する操作信
号を手動操作信号としておき、第６図および第７図に顕
微鏡像の例を示すように、微小器具Ｍの始点と終点を設
定し、その情報を記憶手段ｅに記憶しておく。次いで、
操作信号切換手段ｆを作動して自動操作信号を制御回路
手段すに供給して、微小器具Ｍを、記憶手段ｅの内容に
基づいて、自動的に所定の速度で始点〜終点間を移動さ
せれば、第８図に示すように、微小器具Ｍの先端を細胞
Ｗ内に挿入することができる。

また、微小器具Ｍを細胞等の外部に引き抜く場合には、
同様な手順で、微小器具Ｍを細胞等の内部に挿入する前
の第６図の状態を引き抜き終点として設定しておき、細
胞等の内部に微小器具Ｍを挿入した後、第８図の状態を
引き抜き始点とする。

以下、同様に操作信号切換手段ｆを作動して自動操作信
号を制御回路手段すに供給すれば、微小器具Ｍは、同様
に所定の速度で始点〜終点間を移動することになり、微
小器具Ｍの先端を細胞Ｗ外に引き抜くことができる。

〈実施例〉 本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明する。

第２図は本発明実施例の構成を示すブロック図である。

細胞Ｗ等の被処理物は顕微鏡１のステージ上に載せられ
、その視野下に入れられる。この細胞Ｗを挟んで左右に
マイクロマニピュレータＩおよび■が配設されている。

この一方のマイクロマニピュレータｉに本発明が適用さ
れ、微小器具として微小針Ｍが装着されている。他方の
マイクロマニピュレータ■は、細胞Ｗを保持するための
もので、微小ピペットＭ′を装着して細胞Ｗを吸引し、
顕微鏡１の視野下に固定している。

さて、微小針Ｍは駆動機構２に装着され、この駆動機構
２は微小針Ｍをｘ＋　’／＋　　ｚ軸方向に独立的に微
動させることができるが、このうち少くともｘ、　　ｙ
軸方向（水平方向）には、駆動制御回路３からの制御信
号によって電気的に駆動可能となっている。

駆動制御回路３は、アナログスイッチ４を介して供給さ
れる操作信号と、後述する微小針Ｍの変位検出信号に基
づいて、ｘ、　　ｙ軸方向の制御信号を発生して駆動機
構２に供給する。

アナログスイッチ４には、手動操作回路５からの操作信
号と、Ｄ−Ａ変換器６を介してコンピュ６一 −夕７から供給される操作信号とが入力されており、コ
ンピュータ７からインターフェース８を介して出力され
る切換指令によって、これら再操作信号のいずれかを選
択的に駆動制御回路３に供給することができる。

コンピュータ７はＣＰＵ７１．ＲＯＭ７２．ＲＡＭ７３
およびキーボード７４等を備えてなり、上述したＤ−Ａ
変換器６．インターフェース８のほかにＡ−Ｄ変換器９
が接続されている。このＡ−Ｄ変換器９により、キーボ
ード７４から指令を与えられた時点における手動操作回
路５からの操作信号をデジタル化して、ＲＡＭ７３内に
採り込むことができる。

手動操作回路５は、接続された操作桿５ａのＸ。

ｙ方向の傾きに応じた大きさの操作信号を出力すること
ができる。

第３図は駆動機構２の要部構成を示す図で、Ｘ軸方向駆
動部を抽出して同図（ａｌはその正面図を、同図ｆｂｌ
はその右側面図を示している。ベース２１上には、Ｘ軸
方向に伸びる２本のガイド２２，２２が固着されており
、このガイド２２．２２には転動体を介して摺動自在の
テーブル２３が支持されている。

ベース２１には、電磁力発生装置２４の磁気回路２４ａ
を構成するヨークが固着されており、この磁気回路２４
ａの内部に配設されている可動コイル２４ｂはテーブル
２３に固着されている。電磁力発生装置２４は、第４図
にその構造説明図を示すように、コ字形ヨーク２４１の
内側に２個の永久磁石２４２を貼着したものを、互いに
磁場の方向が逆向きとなるように２個組み合わせた磁気
回路２４ａと、その内部に配設され、長方形状に巻回さ
れてなる可動コイル２４ｂとで構成されている。可動コ
イル２４ｂの巻数をＮ、これに流れる電流をｉ、ｉｆｆ
気回路２５ａ中のコイルの長さく１クーン当り）をβ、
磁気回路２５ａの磁束密度をＢとすると、 Ｆ＝Ｂｊ！Ｎｉ なる力Ｆが、電流および磁場の方向のいずれとも直交す
る方向に発生する。

従って、この電磁力発生装置２４に所定の向きの電流を
供給することによって、テーブル２３はベース２１に対
してＸ軸方向所定の向きに変位されることになる。この
変位は変位検出器２５によって検出される。変位検出器
２５は、ベース２１に固着された互いに平行な平板状の
固定電極２５ａ。

２５ａと、テーブル２３に固着され、固定電極２５ａ、
２５ａ間に平行に挿入された可動電極２５ｂとによって
形成される平行平板コンデンサで構成されており、可動
電極２５ｂのＸ軸方向の変位による静電容量の変化によ
り、その変位を検出することができる。

テーブル２３上には、以上と全く同様な構成で、Ｘ軸と
直交するｙ軸方向に変位を与えるｙ軸方向駆動部が載せ
られる。微小針Ｍはこのｙ軸方向駆動部のテーブル上に
、任意の構成をとるｚ軸方向駆動部を介して装着される
。

駆動制御回路３は、上述したＸおよびｙ軸方向駆動部に
対してそれぞれ独立的に制御信号を与えるための回路で
、第５図にそのＸ軸方向駆動部に関する部分についての
回路構成図を示す。これと同様な回路がｙ軸方向駆動部
に対しても接続される。すなわち、駆動制御回路３は、
ｘｒＹ軸方向駆動部それぞれに対してＰ、ｒ、Ｄ制御回
路３１．電流供給回路３２および静電容量検出回路３３
を備え、アナログスイッチ４を介して供給される操作信
号に変位検出信号をフィードバックし、その差信号を、
Ｉ’、１．Ｄ制御回路３１を介して電磁力発生装置２４
の可動コイル２４ｂに供給すべき電流を発生ずる電流供
給回路３２に動作信号として供給している。従って、微
小針Ｍは、アナログスイッチ４を介して供給される操作
信号に基づいて、水平方向任意の向きに所望の量だけ微
動されることになる。

次に、以上の実施例の各部の動作を使用方法とともに述
べる。第６図乃至第８図は微小針Ｍを細胞Ｗ内に挿入す
る際の顕微鏡１の像を、順に追って示す動作説明図で、
この第６乃至第８図を参照しつつ、先に挿入動作につい
て説明する。

まず、左側のマイクロマニピュレータ■の微小−１０〜 ピペソＩ−Ｍ’を用いて、処理すべき細胞Ｗを顕微鏡１
の視野内で吸引固定し、その状態で、右側のマイクロマ
ニピュレータ■のアナログスイッチ４を手動側、すなわ
ち手動操作回路５側に選択し、操作環５ａを操作しなが
ら微小針Ｍを顕微鏡１の視野内で、かつ、細胞Ｗから所
定距離を隔てた位置に位置決めする。この状態を第６図
に示す。そして、この状態でキーボード７４の操作によ
り、手動操作回路５からの操作信号のデジタル変換デー
タを挿入駆動開始点データとしてＲＡＭ？３内に格納し
ておく。

次に、操作環５ａの操作により、微小針Ｍを前進させて
その先端を細胞Ｗに当接させ、更に所定量だけ前進させ
た第７図に示すような位置に位置決めする。この状態に
おいては、細胞Ｗに弾力性がある場合、微小計Ｍの先端
は、細胞Ｗ内に挿入されない。この第７図に示す状態で
同様に操作信号のデジタル変換データを挿入駆動終了点
データとしてＲＡＭ７３内に格納する。

以上の操作が終了すると、コンピュータ７はＲＯＭ７２
に書き込まれたプログラムに基づき、アナログスイッチ
４を切換えて、コンピュータ７からの繰作信号を駆動制
御回路３に供給するが、切換え当初においてその値は先
に挿入駆動終了点データとして採り込まれた信号と同じ
値である。そして、コンピュータ７からの操作信号はあ
らかじめ設定された速度で、徐々に挿入駆動開始点デー
タに等しい値にまで変化する。すなわち、自動的に微小
針Ｍを第６図の位置にまで後退させる。

次に、コンピュータ７はアナログスイッチ４に切換え指
令を与え、手動操作回路５からの操作信号を駆動制御回
路３に供給する。このとき、操作環５ａの位置は、挿入
駆動終了点を設定した状態で保持されており、従って、
駆動制御回路３には第６図に示す挿入駆動開始点に対応
する大きさから第７図に示す挿入駆動終了点に対応する
大きさにステップ状に変化する操作信号が供給されるこ
とになり、微小針Ｍは挿入駆動開始点から終了点まで急
激に変位することになる。これにより、第８図に示すよ
うに、微小針Ｍの先端は細胞Ｗの内部に挿入される。以
後、操作環５ａを操作しながら所望の処理を施すことが
できる。

次に、細胞Ｗからの微小計Ｍの引き抜き動作を行う場合
について説明する。

まず、微小針Ｍを細胞Ｗ内に挿入する前の第６図に示す
状態において、キーボード７４の操作により、手動操作
回路５からの操作信号のデジタル変換データを引き抜き
駆動終了点としてＲＡＭ７３内に格納しておく。

次に、操作環５ａの操作により、微小針Ｍを前進させて
その先端を細胞Ｗ内に挿入し、微小注射等の所望の処理
を施す。この処理を完了した状態が例えば第８図に示す
状態であったとすると、キーボード７４から指令を与え
ることにより、コンピュータ７はＲＯＭ７２に書き込ま
れたプログラムに基づき、その状態での手動操作回路５
からの操作信号のデジタル変換データを引き抜き駆動開
始点データとしてＲＡＭ７３内に採取し、アナログスイ
ッチ４を切換えてその操作信号を駆動制御回路３に供給
する。この状態では操作環５ａの操作によっては微小針
Ｍは移動しないが、この状態において操作環５ａを、手
動操作の場合に微小針Ｍが細胞Ｗから充分に離れる位置
に対応する適当な操作位置に戻しておく。これは、後述
するように、引き抜き終了後にアナログスイッチ４を再
び切換えて手動操作回路５からの操作信号を駆動制御回
路３に供給した際、細胞Ｗに微小針Ｍが接触するのを防
止するためである。

さて、次にコンピュータ７は、駆動制御回路３に引き抜
き駆動開始点データの値から引き抜き駆動終了点データ
の値へとステップ状に変化する操作信号を供給して、微
小針Ｍを引き抜き駆動開始点から終了点まで急激に変位
させる。これにより、第６図に示すように、微小針Ｍは
細胞Ｗの外に引き抜かれる。

次にコンピュータ７は手動操作回路５からの操作信号の
デジタル変換データを現在手動操作位置データとしてＲ
ＡＭ７３内に採取し、駆動制御回路３には、引き抜き駆
動終了点データの値からこの現在手動操作位置データの
値へとあらかじめ設定された速度で徐々に変化する操作
信号を供給する。これにより、微小針Ｍは、第６図の位
置から、先に操作環５ａを戻しておいた操作位置に対応
する、例えば第９図に示す位置へと移動されることにな
る。最後に、コンピュータ７はアナログスイッチ４に切
換え指令を与えて、駆動制御回路３に手動操作回路５か
らの操作信号を供給する。

以上、微小計Ｍの挿入動作と引き抜き動作を別個に説明
したが、一つの細胞に対して挿入および引き抜きの双方
の動作を自動駆動で行う場合には、挿入前における第６
図の状態で、手動操作回路５からの操作信号のデジタル
変換データを、挿入駆動開始点データおよび引き抜き駆
動終了点データとしてＲＡＭ７３内に採り込むことによ
り、操作をより簡略化することができる。

なお、以上の実施例では、挿入あるいは引き抜き駆動時
に駆動制御回路３にステップ状の操作信号を供給した例
を示したが、系の応答特性によってステップ状の入力信
号ではオーバーシュート等が発生する場合、挿入駆動開
始点から終了点までの間を、コンピュータ７の制御によ
って適宜の速度で移動させるよう構成することもできる
。この場合、上述の実施例における挿入動作において、
アナログスイッチ４を、微小計Ｍの細胞Ｗ内への挿入後
に手動側に切換えるよう構成すればよい。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、微小器具を装着
して水平方向に駆動する駆動機構の制御回路に、手動操
作信号と自動操作信号とを選択的に供給し得るよう構成
し、手動操作によって設定された挿入駆動開始点と終了
点とを記憶しておき、その記憶内容に基づいて微小器具
を自動的にこの２点間で所定の高速度で移動させるよう
構成したから、微小器具は微小量だけ高速度で変位する
ことができ、容易にその先端を細胞内に挿入し、あるい
は細胞内から引き抜くことができる。その結果、操作時
間が短縮化されるばかりでなく、従来、膜が堅ずぎたり
、弾力性がありずぎたりして操作不能であった細胞や、
また、粘着性が強すぎて微小器具の引き抜きが不可能で
あるが故に処理不能であった細胞に対しても、容易に所
望の処理を施すことができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す基本概念図、第２図は本発
明実施例の構成を示すブロック図、第３図はその駆動装
置２の要部構成を示す図で、（ａｌは正面図、Ｔｂ）は
その右側面図、第４図はその電磁力発生装置２５の構造
説明図、第５図は本発明実施例の駆動制御回路３の回路
構成図、 第６図乃至第９図は本発明実施例の動作説明図である。 １・・・顕微鏡 ２・・・駆動装置 ３・・・駆動制御回路 ４・・・アナログスイッチ ５・・・手動操作回路 ５ａ・・・操作環 ６・・・Ｄ−Ａ変換器 ７・・・コンピュータ ９・・・Ａ−Ｄ変換器 Ｍ・・・微小針

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 顕微鏡の視野下で微小器具を操作して細胞等の被処理物
   に所定の処理を施す装置において、上記微小器具先端を
   細胞等の内部に挿入もしくは細胞等の内部から引き抜く
   ための機構であって、入力された制御信号に基づいて上
   記微小器具を水平方向に駆動する駆動装置と、入力され
   た操作信号と上記微小器具の変位検出信号とに基づいて
   上記制御信号を発生する制御回路手段と、操作桿等の手
   動操作に基づく手動操作信号を発生する第１の操作信号
   発生手段と、あらかじめ設定された条件に基づく自動操
   作信号を発生する第２の操作信号発生手段と、指令が与
   えられた時点における上記手動操作信号を記憶する記憶
   手段と、上記第１および第２の操作信号発生手段からの
   信号を切換えて上記制御回路手段に供給する操作信号切
   換手段を備え、上記記憶手段の内容に基づいて、手動操
   作によってあらかじめ設定された２位置間を所定の高速
   度で自動的に上記微小器具を移動させ得るよう構成した
   ことを特徴とする、マイクロマニピュレータにおける微
   小器具の駆動機構。