JPWO2008078475A1 - 可視下遠心装置及び観察装置 - Google Patents

Abstract

分離あるいは合成の反応中におけるサンプルの状態を、高フレームレートで安定した高画質の映像でリアルタイムに確認することが可能な可視下遠心装置を開示する。可視下遠心装置Ａは、回転軸２を中心に回転する回転盤４と、回転盤に配設され、サンプルを収容して回転盤とともに回転する反応器６と、反応器内におけるサンプルの状態を観察するための顕微鏡８とを具備し、反応器内のサンプルに対して遠心力を作用させることで、サンプルから所定の物質を分離あるいは合成させる。顕微鏡は、反応器内のサンプル状態を観察可能となるように回転盤の所定位置へ固定されており、回転盤には、顕微鏡で捉えた反応器内のサンプル状態の顕微鏡画像を撮影するための撮像デバイス１０と、撮像デバイスで撮影された顕微鏡画像の撮映像をリアルタイムで動画として無線伝送するための映像無線伝送デバイス１２とが取り付けられている。

Description

本発明は、サンプルに対して遠心力を作用させることで、当該サンプルから所定の物質を分離あるいは合成させる遠心装置に関し、特に、分離反応中あるいは合成反応中におけるサンプルの状態をリアルタイムで目視により確認することが可能な可視下遠心装置及び観察装置に関する。

従来から、反応器内のサンプルに遠心力を作用させることにより、当該サンプルから所定の物質(液体、固体および気体、若しくはこれらの混合体など)を分離あるいは合成させるための各種の遠心装置(例えば、遠心分離装置)や方法が知られており、これらの遠心装置や方法により、様々な工業製品や医薬品などの精製、あるいは半製品や試薬からの不純物の除去などが行われている。

例えば、特許文献１には、遠心分離装置上で血液から血漿または血清を分離して精製し、当該血漿または血清を各種の試薬と混合する血液分析装置(チップ型反応器)が一例として開示されている。

また、特許文献２には、液体の流れが、回転によって生じる求心力によって動かされることを利用して、液体を混合するミクロシステム(ミクロ分析を行うための遠心装置および方法)が一例として開示されている。

また、特許文献３には、臨床診断のための血液サンプルを処理し、例えば、血球量(赤血球数や白血球数など)を測定するために、流体回路が設けられた回転型光バイオディスクが一例として開示されている。なお、かかる回転型光バイオディスクは、所定の光読取装置にロードされ、所定回転速度で所定時間だけ回転処理される。

また、特許文献４には、生体サンプル混合物から負に帯電した小さい有機分子を除去するための方法および当該方法に使用される回転ディスク型反応器(デバイス)が一例として開示されている。

ここで、これらの回転型の反応器を用いてサンプルに対する分離作業などを行う場合、当該反応器を回転させると同時に、かかる作業中、当該反応器内の物質移動状態や、反応状態を観察(確認)しておく必要がある。

このような観察機構が備えられた遠心装置として、例えば、特許文献５には、回転ディスク上の試料室(反応器)が、その光軸を横切るように配置される対物レンズを有する偏光観察用光学系(偏光観察用光学機構)と、試料室が対物レンズの光軸を横切るタイミングでレーザを偏光観察用光学系へ発光する光源とが備えられた遠心顕微鏡が一例として開示されている。
特開２００４−１０９０９９号公報 特表２００３−５３３６８２号公報 特表２００５−５０９８８２号公報 特表２００６−５０１８０５号公報 特開平１１−１０９２４５号公報

しかしながら、特許文献５に開示された遠心顕微鏡(遠心装置)においては、回転ディスクの外に偏光観察用光学機構を配置し、当該回転ディスクの回転に同期して発光する発光源によってサンプルの状態を観察する場合、当該回転ディスクの回転に応じたコマの観察しかできないことになる。すなわち、回転ディスクが１秒間に１回転する構成の遠心顕微鏡(遠心装置)の場合、１秒間に１コマの観察が限界であるという問題があった。

また、回転ディスク上へ顕微鏡を配置すると、当該顕微鏡の鏡筒に遠心力が作用されるため、当該鏡筒の振動が大きくなり、安定した観察を行うことが困難となる他、画像を撮影するためのＣＣＤ(Charge Coupled Devices：電荷結合素子)カメラに対しても、反応器と同様の遠心力が作用されるため、当該ＣＣＤカメラの動作が不安定となるという問題があった。さらに、この場合、回転するＣＣＤカメラから映像信号を出力するためのケーブルの接続が困難となり、例えば、スリップリングなどのようにブラシと導電板とを接触させることで回転導通を得る方法を用いた場合であっても、映像信号にノイズが紛れて映像が乱れるなど安定した観察が困難となってしまう虞があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされており、その第１の目的は、分離あるいは合成の反応過程におけるサンプルの状態を、高フレームレート(コマ数)で安定した画質の映像でリアルタイムに確認することが可能な可視下遠心装置を提供することにある。

さらに、第２の目的は、より倍率及び解像度を向上可能な可視下遠心装置及び観察装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明に係る可視下遠心装置は、回転する回転盤と、前記回転盤に配設され、サンプルを収容して前記回転盤とともに回転する反応器と、前記反応器内におけるサンプルの状態を目視により観察するための顕微鏡とを具備し、前記反応器内のサンプルに対して遠心力を作用させることで、前記サンプルから所定の物質を分離あるいは合成させている。かかる可視下遠心装置において、顕微鏡は、前記反応器内のサンプル状態を観察可能となるように前記回転盤の所定位置へ固定されており、回転盤には、前記顕微鏡で捉えた前記反応器内のサンプル状態の顕微鏡画像を撮影するための撮像デバイスと、前記撮像デバイスで撮影された前記顕微鏡画像の撮影像をリアルタイムで動画として無線伝送するための映像無線伝送デバイスが取り付けられている。これにより、反応器内のサンプル状態をリアルタイム映像で確認しながら、サンプルに対する分離反応あるいは合成反応を進行させることができる。

この場合、顕微鏡は、鏡筒内において、前記顕微鏡の光路が前記回転盤の盤面に対して所定の角度で部分的に屈折されており、撮像デバイスは、前記所定角度で屈折された顕微鏡の光路上で、前記顕微鏡画像を撮影可能となるように、前記回転盤の回転中心の近傍に位置付けられている。このような構成とすることで、回転盤が回転することによって遠心力が生じた場合であっても、撮像デバイスに対して作用する遠心力を軽減させることができ、前記撮像デバイスにおいて常に安定した顕微鏡画像の撮影を行うことが可能となる。

なお、回転盤の回転軸は、各種の軸受によって回転自在に支持すればよいが、回転軸をエア軸受によって回転自在に支持することで、回転盤が回転する際に生ずる回転振動を格段に軽減させることができ、ひいては、顕微鏡や撮像デバイスの回転振動を抑制させ、分離反応中あるいは合成反応中におけるサンプル状態の安定した観察ならびに撮影が可能となる。この場合、エア軸受は、噴出エアによって前記回転軸とは非接触状態に維持されている。

また、顕微鏡の対物レンズと前記反応器とは、同一部品で一体的に前記回転盤へ固定することで、前記対物レンズならびに反応器の回転振動による相対変位を極小化させることができる。

また、映像無線伝送デバイスは、一例として、前記撮像デバイスで撮影された前記顕微鏡画像の撮影像のデータを非圧縮のデジタル信号に変換し、外部の受信装置に対して無線により送信すればよい。これにより、映像無線伝送デバイスから送信された映像信号を欠落させることなく、外部の受信装置に対して送信することができ、当該受信装置においてサンプル状態をクリアで安定した映像で確認しながら、分離反応あるいは合成反応を進行させることができる。

また、前記反応器内のサンプルに対して落射照明を行う落射照明装置を備えることにより、サンプルの光学的透過率が背景と同程度でもサンプル表面の反射による陰影（コントラスト）を得ることができるので、サンプルの挙動を明瞭に観察できる。

また、前記回転盤はダイレクトドライブモータにより回転駆動されるように構成することで、可視下遠心装置をモータビルトインタイプに構成でき、小型化できる。

また、前記反応器内のサンプルに対してバックライト照明を行う照明装置を備えることが好ましい。この場合、前記反応器を装着する試料装着部を備え、前記試料装着部は前記反応器を支持しピンホールを有する試料台を有し、前記照明装置からのバックライト照明光が前記ピンホールを透過して前記試料台に支持された反応器内のサンプルに照明されるように構成することが好ましい。かかる試料台に設けたピンホールを透過した透過光により反応器内のサンプルを照明することにより、像のコントラストが向上し、解像度の高い画像を得ることができ、このため、より倍率及び解像度を向上可能な可視下遠心装置を実現できる。

また、前記試料装着部は、前記顕微鏡の対物レンズの光軸と前記試料台のピンホールとの相対位置を調整するためのアライメント機構を備えることで、試料台のピンホールの位置を対物レンズの光軸に簡単に合わせることができる。

また、前記試料装着部は、前記試料台において前記反応器を保持する試料ホルダと、前記顕微鏡の対物レンズの光軸と前記試料ホルダに保持された反応器との相対位置を調整するための位置調整機構と、を備えることで、反応器内の目的の観察領域を対物レンズの光軸に簡単に合わせることができる。

また、前記試料装着部は、前記顕微鏡の対物レンズを前記回転盤に固定する固定部品内に設けられ、前記アライメント機構、前記位置調整機構及び前記固定部品により前記試料台及び前記試料ホルダが前記回転盤側に固定されることが好ましい。

本発明に係る可視下遠心装置によれば、回転盤上に反応器内部の状態を観察するための顕微鏡を設けるとともに、前記顕微鏡の画像を撮影するための撮像デバイスと当該撮像デバイスからの撮影像をリアルタイムで無線により伝送するための映像無線伝送デバイスを、いずれも前記回転盤の回転中心の近傍に取り付けることで、各デバイスに作用する遠心力を極小化でき、遠心力によってデバイスの性能が阻害されることがないため、分離反応中あるいは合成反応中の反応過程におけるサンプルの状態を、高フレームレート(コマ数)で安定した画質の映像でリアルタイムに確認することができる。また、反応器を支持する試料台にピンホールを設け、ピンホールを透過した透過光によりサンプルをバックライト照明することで、より倍率及び解像度を向上できる。

本発明に係る観察装置は、観察対象物を観察するための顕微鏡と、前記観察対象物を支持する試料台と、前記観察対象物に対してバックライト照明を行う照明装置と、を備える観察装置であって、前記試料台がピンホールを有し、前記照明装置からのバックライト照明光が前記ピンホールを透過して前記試料台に支持された観察対象物に照明されることを特徴とする。

この観察装置によれば、試料台に設けたピンホールを透過した透過光により観察対象物をバックライト照明することにより、像のコントラストが向上し、解像度の高い画像を得ることができる。このため、より倍率及び解像度を向上できる。

上記観察装置において前記顕微鏡の対物レンズの光軸と前記試料台のピンホールとの相対位置を調整するためのアライメント機構を備えることで、試料台のピンホールの位置を対物レンズの光軸に簡単に合わせることができる。

また、前記顕微鏡の対物レンズの光軸と前記試料台に支持された観察対象物との相対位置を調整するための位置調整機構を備えることで、観察対象物の目的の観察領域を対物レンズの光軸に簡単に合わせることができる。

第１の実施の形態に係る可視下遠心装置の全体構成例を示す斜視図である。 図１の固定部品の内部の構成を説明するための部分構成図である。 図１の可視下遠心装置の全体構成例を上から見た上面図である。 図１の回転盤に対してスピンドルユニットを装着させた状態の可視下遠心装置の縦断面図である。 スピンドルユニットとしてエアスピンドルユニット２８を装着させた状態の可視下遠心装置の全体斜視図である。 可視下遠心装置Ａに落射照明装置を付加した第２の実施の形態に係る構成を示す図４と同様の縦断面図である。 実施例１で使用した流路形成チップの流路パターンを概略的に示す平面図である。 実施例１において直径の異なるポリスチレンビーズが直線流路内を移動するときの遠心加速度と移動速度の関係を示すグラフである。 実施例２において流路デバイスを回転させて遠心力を負荷した場合と、回転なしで遠心力を負荷していない場合の反遠心側溶液槽へのゾウリムシの出現確率を示す図である。 可視下遠心装置Ａの回転盤４をダイレクトドライブモータで駆動するようにした変形例を示す図４と同様の縦断面図である。 従来の試料装着部を示す要部側断面図である。 第３の実施の形態における可視下遠心装置Ａの試料装着部を示す要部側断面図である。 図４の可視下遠心装置Ａの固定部品１６と固定部品１６の内部に設けられる試料装着部６０とを説明するために破断して示す断面斜視図である。 図１２の固定部品の平面図である。 図１３Ａの固定部品を方向Ｂからみた側面図である。 図１３Ａの固定部品を方向Ｃからみた側面図である。 図１２の試料台の平面図である。 図１２の試料台の側面図である。 図１２の試料ホルダの平面図である。 図１２の試料ホルダの側面図である。 図１２の試料ホルダと試料台とを組み合わせた側面図である。 図１２の試料台のアライメント機構及び試料ホルダの位置調整機構を説明するために図１２の試料台及び試料ホルダを上部（対物レンズ側）からみた概略図である。 図１６Ａの試料台及び試料ホルダを上部（対物レンズ側）からみた概略図である。 図１２の試料台のアライメント機構及び試料ホルダの位置調整機構に適用可能なスプリングプランジャの側断面図である。 図１２の試料台のアライメント機構及び試料ホルダの位置調整機構に適用可能な調整用ねじの側面図である。 図１２の試料台のアライメント機構及び試料ホルダの位置調整機構に適用可能なボールプランジャの側断面図である。

符号の説明

２ 回転軸
４ 回転盤
６ 反応器
８ 顕微鏡
８ａ 対物レンズ
１０ 撮像デバイス
１２ 映像無線伝送デバイス
１４ ミラー
１４ａ ハーフミラー
１６ 固定部品
１８ アンテナ
２０ Ｚ軸ガイド
２２ 照明装置
２４ 電源装置
２８ スピンドルユニット
３０ バランスウェイト
６０ 試料装着部
６１ 試料台
６１ａ ピンホール
６４ 試料ホルダ
６６ａ〜６９ａ ボールプランジャ
６６ｂ〜６９ｂ 調整用ねじ
６ａ 観察領域
Ａ 可視下遠心装置

〈第１の実施の形態〉
以下、第１の実施の形態に係る可視下遠心装置について、添付図面を参照して説明する。図１〜図５には、本実施の形態に係る可視下遠心装置(以下、単に「装置」ともいう)Ａが示されており、装置Ａには、所定の回転軸２を中心に回転する回転盤４と、回転盤４に配設され、サンプルを収容して回転盤４とともに回転する反応器６と、反応器６内におけるサンプルの状態を目視により観察するための顕微鏡８とが備えられている。そして、装置Ａは、反応器６内のサンプルに対して遠心力を作用させることで、当該サンプルから所定の物質(液体、固体および気体、若しくはこれらの混合体など)を分離、あるいは合成させている。

なお、装置Ａの大きさや形状、具体的には、回転盤４の大きさや形状は、遠心分離あるいは遠心合成させるサンプルの性質や数などに応じて任意に設定すればよいが、本実施の形態においては、回転盤４が直径２２０ｍｍの円盤として構成されている場合を、一例として想定する。また、反応器６は、その内部に所定のサンプルを収容し、当該サンプルを遠心分離反応あるいは遠心合成反応させることが可能であれば、その形態は特に限定されず、任意の形態を成す反応器６を選択して適用することができるが、本実施の形態においては、チップ型の反応器６が適用されている場合を、一例として想定する。そして、反応器６は、内部にサンプルを収容した状態で、回転盤４に対して固定され、回転盤４とともに回転している。

かかる装置Ａにおいて、顕微鏡８は、反応器６内におけるサンプルの状態を観察可能となるように回転盤４の所定位置へ固定されており、回転盤４には、顕微鏡８で捉えた反応器６内のサンプル状態の顕微鏡画像を撮影するための撮像デバイス１０と、撮像デバイス１０で撮影された顕微鏡画像の撮影像を、リアルタイムで動画として無線により伝送するための映像無線伝送デバイス１２が取り付けられている。なお、本実施の形態において、顕微鏡８は、一例として、反応器６内におけるサンプルの状態を捉える対物レンズ８ａと、対物レンズ８ａが捉えた顕微鏡画像を撮像デバイス１０まで伝達するための光路が内部に形成された鏡筒８ｂとを備えて構成されている。また、撮像デバイス１０には、顕微鏡８で捉えた反応器６内のサンプル状態の顕微鏡画像を撮影することが可能な各種の撮像装置を適用することができるが、本実施の形態においては、撮像デバイス１０としてＣＣＤカメラを適用した場合を一例として想定する。

この場合、顕微鏡８は、鏡筒８ｂ内において、顕微鏡８の光路が回転盤４の盤面(図４の上側の面)４ａに対して所定の角度で部分的に屈折されており、撮像デバイス(以下、ＣＣＤカメラという)１０は、前記所定角度で屈折された顕微鏡８の光路上で、上述した顕微鏡画像を撮影可能となるように、回転盤４の回転中心の近傍に位置付けられている。なお、以下の説明においては、上述した顕微鏡８の光路を観察光路と呼び、当該観察光路を進む光を観察光と呼ぶ。

本実施の形態においては、一例として、図４に示すように、顕微鏡８の鏡筒８ｂ内へミラー１４を観察光路の屈折角に応じて任意に設定される所定角度だけ観察光路に対して傾斜して配設している。なお、図４に示す構成において、装置Ａは、顕微鏡８の対物レンズ８ａが反応器６内のサンプル状態を垂直方向(同図の上下方向)の上方から捉えるとともに、回転盤４の回転中心の近傍で回転盤４の盤面４ａに対して平行する方向(水平方向)から対物レンズ８ａが捉えた顕微鏡画像をＣＣＤカメラ１０で撮影する構造を成している。このため、ミラー１４を図４の観察光ｎの進入方向に対して約１３５°の角度で後傾させて顕微鏡８の鏡筒８ｂ内に配設することで、進入した観察光ｎを約９０°だけ屈折させ、回転盤４の盤面４ａに対して平行となるようにさらに進行させている。なお、顕微鏡８は、その鏡筒８ｂを略直角に屈折させることで、鏡筒８ｂ内に略直角に屈折した観察光路を形成した構成とすればよい。

この場合、顕微鏡８を回転盤４の周縁部へ位置付けることで、垂直方向から進入した観察光ｎがミラー１４によって回転盤４の周方向から中心方向へ向けて回転盤４の盤面４ａと平行して屈折するように、その進行方向を変化させる構成とすることができる。この結果、顕微鏡８は、その観察光ｎ(すなわち、顕微鏡画像)が回転盤４の中心部、すなわち回転盤４の回転中心の方向へ向けて到達(収束)される構造となり、ＣＣＤカメラ１０を観察光路の到達(収束)先へ位置付けることで、ＣＣＤカメラ１０が回転盤４の回転中心の近傍で顕微鏡の観察光ｎを捉えること、具体的には、顕微鏡画像を撮影することが可能な構成とすることができる。

このため、ＣＣＤカメラ１０を回転盤４の回転中心の近傍に位置付けることができ、回転盤４が回転することによって遠心力が生じた場合であっても、ＣＣＤカメラ１０に対して作用する遠心力を軽減させることができ、遠心力によってＣＣＤカメラ１０の性能が阻害されることや撮影時の顕微鏡画像がブレることがなく、ＣＣＤカメラ１０において常に安定した顕微鏡画像の撮影を行うことが可能となる。

また、上述したように顕微鏡８を観察光路がミラー１４によって屈折される構造とすることで、顕微鏡８の鏡筒８ｂの高さ(図４の上下方向の距離)を抑えることができる。これにより、回転盤４が回転することで回転振動が発生した場合であっても、回転振動に対する顕微鏡８の剛性を高めることができ、顕微鏡８において常に安定した反応器６内におけるサンプル状態の観察を行うことが可能となる。ただし、鏡筒８ｂの高さを抑えるためには、顕微鏡８を観察光路の屈折角度が０°より大きく９０°以下となる構造とすることが好ましい。

なお、顕微鏡８は、その鏡筒８ｂが反応器６に対して垂直方向(鉛直方向(図４の上下方向))へ上下動可能な構造を成しており、このような構造を成すことにより、反応器６(具体的には、サンプル)と対物レンズ８ａとの間の距離(焦点距離)を調整することができるようになっている。この場合、回転盤４には、その盤面４ａに対して垂直方向へ所定の長さで延出したガイド(以下、Ｚ軸ガイドという)２０が設けられており、鏡筒８ｂをＺ軸ガイド２０に沿ってスライドさせることで、顕微鏡８は、サンプルと対物レンズ８ａとの焦点距離を調整する構造となっている。

また、本実施の形態においては、顕微鏡８の対物レンズ８ａと反応器６とを同一部品(以下、固定部品という)１６の内部に収容するとともに、収容された対物レンズ８ａおよび反応器６を固定部品１６と一体的に回転盤４へ固定することで、対物レンズ８ａと反応器６との間の外部振動(具体的には、回転盤４の回転によって生ずる回転振動)による相対変位を極小化させている。これにより、顕微鏡８は、常に安定して反応器６内のサンプル状態をブレのないクリアな画像として捉えることができ、分離過程あるいは合成過程におけるサンプルの状態を正確且つ確実に観察することが可能となる。

この場合、固定部品１６の内部には、図２に示すように、所定の照明装置(例えば、エッジ式のＬＥＤ(Light Emitting Diode)バックライト)２２が設けられており、サンプルを顕微鏡８の対物レンズ８ａとは反対側から照明装置２２で照らして透過させた状態で観察できるようにしている。これにより、反応器６内におけるサンプルの状態をより鮮明に観察することができ、対物レンズ８ａによって当該サンプル状態を、よりクリアな顕微鏡画像として捉えることができる。なお、照明装置(エッジ式のＬＥＤバックライト)２２の光源であるＬＥＤ２２ａは、上述したＣＣＤカメラ１０と同様に、回転盤４の回転によって生じる遠心力の作用を軽減させるため、回転盤４の回転中心の近傍に位置付けられている。

ここで、照明装置２２は、サンプルを照らして透過させた状態で観察することが可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、サンプルの性質や種類などに応じて、任意の照明装置を選択すればよく、一例として、本実施の形態においては、株式会社モリテックス製のＬＥＤ照明(エッジ式バックライト)ＭＥＢＬ−ＣＷ２５を用いている。ただし、例えば、かかる照明装置２２と同等、若しくはそれ以上の性能を有する照明装置であってもよい。

また、固定部品１６は、顕微鏡８の対物レンズ８ａとサンプルとの焦点距離を調整し、適正距離に設定された状態で、対物レンズ８ａとサンプルとの相対位置、具体的には、対物レンズ８ａのサンプルに対する高さを固定している。これにより、分離反応中あるいは合成反応中、サンプルに対する顕微鏡８の対物レンズ８ａの高さを一定に維持することができ、当該サンプルの状態を安定して観察することが可能となる。

また、本実施の形態においては、回転盤４に対し、上述した顕微鏡画像を動画として撮影するＣＣＤカメラ１０とともに、ＣＣＤカメラ１０で撮影された顕微鏡画像のカメラ映像(撮影像)をリアルタイムで動画として無線伝送するための映像無線伝送デバイス１２が取り付けられている。

このように、ＣＣＤカメラ１０で撮影された映像を外部受信機(図示しない)に対して伝送する方式として、有線方式ではなく無線方式を採用することで、回転盤４とともにＣＣＤカメラ１０ならびに映像無線伝送デバイス１２を回転させた場合であっても、これらから直接信号線を取り出す必要がなく、当該信号線の取り回しを考慮する必要が全くない。この結果、ＣＣＤカメラ１０および映像無線伝送デバイス１２の周辺構造を容易に簡略化させることができる。

また、信号線の取り回しを考慮する必要がないため、ＣＣＤカメラ１０ならびに映像無線伝送デバイス１２を回転盤４(具体的には、顕微鏡８および反応器６内のサンプル)とともに回転させる構造とすることができ、回転盤４の回転数による制約を受けることなく、任意の高フレームレート(コマ数)でＣＣＤカメラ１０によって顕微鏡画像を撮影することができ、撮影した顕微鏡画像のカメラ映像を外部の受信装置(図示しない)に対して伝送することができる。

これにより、かかる外部受信装置として、例えば、液晶パネルやＣＲＴ(Cathode Ray Tube)ディスプレイなどの表示器を設けることで、上述したカメラ映像(すなわち、反応器６の内部におけるサンプルの状態)を、かかる表示器においてリアルタイムに確認しながらサンプルの分離反応あるいは合成反応を進行させることができる。また、パソコンなどを介して収録したカメラ映像を解析することにより、サンプル(具体的には、その内部物質や、分離物質あるいは合成物質など)の挙動をモニタし、回転盤４の最適な回転条件(別の捉え方をすれば、サンプルに作用させる遠心力の最適な大きさ)を推定するとともに、当該推定された最適条件(例えば、回転速度や回転時間など)で回転盤４を回転制御することも可能となる。

この場合、映像無線伝送デバイス１２は、上述したＣＣＤカメラ１０と同様に、回転盤４の回転によって生じる遠心力の作用を軽減させるため、回転盤４の回転中心の近傍に位置付けられており、ＣＣＤカメラ１０によって撮影されたカメラ映像の映像データを所定のアンテナ１８から外部受信装置(受信機に接続された液晶パネルやＣＲＴディスプレイなどの表示器)に対して無線伝送している。また同様に、アンテナ１８も回転盤４の回転によって生じる遠心力の作用を軽減させるため、回転盤４の回転中心の近傍、具体的には、回転盤４の回転中心の延長線上に立ち上がる構成としている。

なお、映像無線伝送デバイス１２がカメラ映像の映像データ(映像信号)を外部受信装置(図示しない)へ無線伝送する際、映像データの伝送速度(ビットレート)やデータ形式(周波数や圧縮・非圧縮の有無など)は、装置Ａの使用態様や使用条件などに応じて任意に設定すればよい。例えば、本実施の形態においては、一例として、ＣＣＤカメラ１０が撮影した顕微鏡画像のカメラ映像を、映像無線伝送デバイス１２によって周波数が２．４ＧＨｚの非圧縮デジタル信号の映像テータに変換し、当該映像データを外部受信装置に対して無線伝送している。これにより、映像無線伝送デバイスから送信された映像信号を欠落させることなく、外部受信装置に対して送信することができ、当該外部受信装置においてサンプル状態をクリアで安定した映像で確認しながら、分離反応あるいは合成反応を進行させることができる。ただし、映像無線伝送デバイス１２から外部受信装置へ伝送する映像データは、上述した非圧縮のデジタル信号に代えて、圧縮信号であってもよいし、アナログ信号としてあってもよい。

ここで、ＣＣＤカメラ１０は、顕微鏡８で捉えた反応器６内におけるサンプル状態の顕微鏡画像を撮影することが可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、装置Ａの使用態様や使用条件などに応じて、任意のＣＣＤカメラを選択すればよく、一例として、本実施の形態においては、株式会社モスウェル製のカラーボードカメラＭＳＣ−９０を用いている。ただし、例えば、かかるＣＣＤカメラ１０と同等、若しくはそれ以上の性能を有するＣＣＤカメラであってもよい。

また、映像無線伝送デバイス１２は、ＣＣＤカメラ１０が撮影した顕微鏡画像のカメラ映像を外部受信装置(図示しない)に対して無線伝送することが可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、装置Ａの使用態様や使用条件などに応じて、任意の映像無線伝送デバイスを選択すればよく、一例として、本実施の形態においては、株式会社アイデンビデオトロニクス製のＴＲＸ２４ｍｉｎｉを用いている。ただし、例えば、かかる映像無線伝送デバイス１２と同等、若しくはそれ以上の性能を有する映像無線伝送デバイスであってもよい。

なお、上述したＣＣＤカメラ１０、映像無線伝送デバイス１２、ならびに照明装置２２など、装置Ａに設けられた各種の電装部品は、図１および図３に示すように、所定の電源装置(例えば、バッテリー)２４によって駆動されている。この場合、電源装置２４は、かかる各種の電装部品(ＣＣＤカメラ１０、映像無線伝送デバイス１２、ならびに照明装置２２など)を正常に動作させることが可能な電力を、サンプルに対する分離反応中あるいは合成反応中、安定して供給可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、上述した各種の電装部品が要する電力の大きさなどに応じて、任意の電源装置を選択すればよく、一例として、本実施の形態においては、ＵＬＴＲＡ ＬＩＦＥ株式会社製のバッテリーであるＵＢＢＰ０１(電圧３．７ｖ、バッテリー容量１．８Ａｈ)を用いている。ただし、例えば、かかる電源装置２４と同等、若しくはそれ以上の性能を有する電源装置であってもよい。

本実施の形態においては、かかる電源装置(バッテリー)２４を４個直列で使用し、これら４つのバッテリー２４を、回転盤４の回転中心に対して対称となる位置へ(１８０°の位相差で)２つずつ均等に配置しているとともに、顕微鏡８、反応器６および固定部品１６に対して９０°の位相差で配置している(図３参照)。この場合、バッテリー２４は、一例として、回転盤４の盤面４ａを凹状に窪ませて成る取付部へ埋設され、板状部材２６で固定されて回転盤４に対して取り付けられている。

ここで、かかる装置Ａにおいて、回転盤４の回転軸２は、図示しない所定の駆動装置(例えば、スピンドルモータなど)によって回転されているとともに、各種の軸受２７によって回転自在に支持されており、図４には、一例として、転動体として玉を適用した転がり軸受２７によって回転軸２を支持した構成が示されている。この場合、転がり軸受２７は、転動体として玉を適用した各種の玉軸受の他、転動体として各種のころ(円筒ころ、円すいころおよび球面ころなど)を適用したころ軸受であってもよい。また、図４に示す構成においては、回転軸２を２つの軸受２７で支持する構造としているが、回転軸２は、１つの軸受２７で支持してもよいし、３つ以上の軸受２７で支持してもよい。

なお、軸受２７として、上述した各種の転がり軸受に代えてエア軸受を適用し、回転軸２を当該エア軸受によって回転自在に支持することで、回転盤４が回転する際に生ずる回転振動を格段に軽減させることができ、ひいては、顕微鏡８やＣＣＤカメラ１０の回転振動を抑制させ、分離反応中あるいは合成反応中におけるサンプル状態の安定した観察ならびに撮影を行うことが可能となり、さらに好ましい。ここで、一例として、エア軸受は、回転軸２の外周面を全周に亘って覆うように位置付けられた筒状のハウジングによって回転軸２を回転自在に支持する構造を成し、当該ハウジングの内周面(回転軸２の外周面に対する対向面)に設けた複数の噴出口(噴出孔)から回転軸２の外周面へ向けてエアを吹き付け、ハウジングの内周面と回転軸２の外周面とを非接触状態に保つことで、回転軸２を非常に滑らかに回転させることができる。

また、本実施の形態において、回転軸２および回転軸２を回転自在に支持する軸受２７は、これらがハウジングとともに一体を成すスピンドルユニット２８として構成されており、スピンドルユニット２８が回転盤４に装着されることで、回転盤４が回転軸２を中心として回転される構造となっている。この場合、回転盤４には、その中央部が上側(顕微鏡８、反応器６、ＣＣＤカメラ１０、および映像無線伝送デバイス１２などが配設されている側)へ所定の大きさで凸状に突出し、回転盤４の下側(上述した各部品などが配設されている側とは反対側)を当該凸状に窪ませて形成されたスピンドルユニット取付部４ｂが設けられており、スピンドルユニット２８は、回転盤４の下側からスピンドルユニット取付部４ｂへ挿入されて、回転盤４に対して取り付けられている。

このように、装置Ａをスピンドルユニット２８に対して回転盤４が被さるような構造とすることで、顕微鏡８、反応器６、ＣＣＤカメラ１０、および映像無線伝送デバイス１２などが配設された回転盤４の回転時における回転重心と、回転軸２が軸受２７によって回転自在に支持された軸支部分との距離を狭めることができ、当該軸支部分に生じる回転モーメントを有効に軽減させることができる。

なお、上述した本実施の形態において、装置Ａの構成部材の材料については特に言及しなかったが、装置Ａの使用態様や使用目的などに応じて各種の素材を任意に選択して使用すればよい。一例として、本実施の形態においては、回転盤４の材料、ならびに顕微鏡８、反応器６、ＣＣＤカメラ１０、および映像無線伝送デバイス１２などを回転盤４に対して取り付けるための各種の取付部材を高強度アルミニウム合金(A2017)製とすることで、回転時における剛性を十分に確保しながら、これらの部材の軽量化を図っている。

また、本実施の形態においては、回転時における装置Ａの重量バランスを均等にし、回転時に生じるスピンドルユニット２８に対する振れ回り応力を減少させるため、回転盤４に対し、顕微鏡８および反応器６の配設位置と回転中心に対して略対称となる位置(回転中心に対して反対側)へ所定のバランスウェイト３０を設けている。バランスウェイト３０の重量、および配設位置は、回転盤４に配設された顕微鏡８、反応器６、ＣＣＤカメラ１０、および映像無線伝送デバイス１２などの各種の部材重量やそのバランス(重心)などに応じて、上述したスピンドルユニット２８に対する振れ回り応力が小さくなるように調整すればよい。

なお、装置Ａにおいて、より高精度にサンプルの分離反応あるいは合成反応を観察する場合、スピンドルユニット２８として、回転軸２が上述したエア軸受によって回転自在に支持されたエアスピンドルユニットを回転盤４に対して装着する構成としてもよい。これにより、回転盤４が回転する際に生じる回転振動を格段に軽減させることができ、分離反応中あるいは合成反応中におけるサンプル状態をさらに安定した高画質のカメラ映像により観察することが可能となる。この場合、エアスピンドルユニットとしては、例えば、日本精工株式会社製のＧＢＳ１００Ｈなどを用いることができる。

次に、上述のように反応器６を可視下遠心装置Ａに装着し回転させて発生する遠心力を流体に作用させて流体を駆動し流動させることによる作用効果について説明する。

反応器６に外部機器との流体接続（流体駆動にポンプを利用する場合）、及び、電気的接続（流体駆動に例えば電気浸透流などを利用する場合）が不要となり、反応器６の構造が簡素化できる。この効果として、反応器６の取り扱いが容易となり、自動化しやすく、解析速度も向上する。また、反応器６をさらに小型化することができ、より微小サンプルでの解析が可能となる。この場合は、細胞は電気的に破砕することができないので、力学的な衝突によって破砕させる。また、周辺機器も小型化できるため、測定系全体を小型化できる。

また、サンプルの化学的な特性に影響されず、流体を駆動させることができる。特に、電界印加により電気分解し易い溶液を主体とするサンプルでも、駆動（解析）が可能である。また、電気的な刺激によって、変化する可能性のあるサンプルに対しても、これらの影響を気にせず利用でき、適用範囲が広がり好ましい。

また、サンプルの遠心分離効果を同時に発生させることができ、サンプルの比重による分離が可能である。

さらに、本実施の形態の可視下遠心装置を利用することによって、低回転数（低遠心力）の領域での反応であっても、情報が欠落（コマ落ち）することなく、検出状態を把握することができる。

〈第２の実施の形態〉
次に、図１〜図５の可視下遠心装置Ａにサンプルに対し上方から照明をあてる落射照明装置を付加した第２の実施の形態による構成について図６を参照して説明する。図６は可視下遠心装置Ａに落射照明装置を付加した第２の実施の形態による構成を示す図４と同様の縦断面図である。

溶液中の細胞やガラスビーズなど、背景と光学的な透過率が同程度（透明）の物質を観察する場合、照明装置２２によるバックライトによる投下照明では、形状による陰影（コントラスト）が得難く、観察が困難である。この対策として、本実施の形態では図６のように、可視下遠心装置Ａに落射照明装置を設けた。

すなわち、対物レンズ８ａの上部のミラーをハーフミラー１４ａとし、ハーフミラー１４ａの上方にＬＥＤ照明部４０を設けることで同軸（落射）照明装置を構成した。ＬＥＤ照明部４０からの照明光ｍがハーフミラー１４ａを透過し対物レンズ８ａを通して反応器６内のサンプルを照射する。また、サンプルからの反射光（観察光）ｎは対物レンズ８ａを通してハーフミラー１４ａで反射しＣＣＤカメラ１０へ到達する。なお、図６では照明装置２２を省略してもよい。

ＬＥＤ照明部４０には、例えば、市販の高輝度緑色ＬＥＤ(OPTSOURCE社製 100047シリーズ、φ３ｍｍ、光度６８００mcd)を利用できるが、対象サンプルによって色調、輝度を選択することができる。また、遠心強度（回転数、時間）によってＬＥＤの破損が懸念される場合には、光源（ＬＥＤ）を回転中心付近に配置して光ファイバで顕微鏡に誘導することもできる。

図６の落射照明装置を付加した構成によれば、反応器６内のサンプルからの反射光を観察することによって、サンプルの光学的透過率が背景と同程度でもサンプル表面の反射による陰影（コントラスト）を得ることができるので、サンプルの挙動を明瞭に観察することができる。

なお、上述の可視下遠心装置Ａにおいて、微小生物の重力走性挙動などを測定する目的で、比較的低遠心力（重力の数倍程度の過重力）を発生させるために特に低速域での可視下性を要求されるが、第１及び第２の実施の形態では、可視下遠心装置Ａが回転盤上へ顕微鏡システムを搭載しているため、回転数に関係なく高フレームレートの動画撮影が可能であり、特に動きの早い微小生物の挙動観察装置として最適である。同用途では、重力環境の急激な変化を再現するため、回転数変化応答の速い装置が要求されている。そこで、可視下遠心装置Ａを、図１０のように、ダイレクトドライブモータにより回転盤４を直接駆動するようにしてもよい。すなわち、図１０のように、ダイレクトドライブモータ５０の外周側に位置する回転部５１を回転盤４に取り付けてモータビルトインタイプに構成する。これにより、回転数変化の応答性を向上できるとともに装置の小型化を達成できる。なお、ダイレクトドライブモータ５０としては、例えば、日本精工株式会社製のＰＳモータ（１００６シリーズ）を用いることができる。

さらに、図１０のダイレクトドライブモータ５０の内側の固定部５２の上方の取付部４ｂにスリップリング５３を設け、例えば、画像のサンプリング間隔が長く画像がみえない場合や重力反応の著しく遅いサンプルを対象として長時間の連続観察が必要な場合等にはスリップリング５３を介して映像信号を外部に伝送したり、電源を供給するようにしてもよい。また、スリップリング５３を用いることにより、外部機器や、生体応用の場合に生体サンプルへの電波の影響を抑制した上で、遠心負荷テストを実施することができる。

〈第３の実施の形態〉
次に、図１〜図５の可視下遠心装置Ａにおいて、微小生物やポリスチレン等のマイクロビーズなどよりもさらに微小な対象物を観察可能にするために、より倍率及び解像度を向上させた第３の実施の形態による構成について図１１Ａ〜図１７Ｃを参照して説明する。

図１１Ａは従来の試料装着部の例を示す要部側断面図であり、図１１Ｂは、第３の実施の形態における可視下遠心装置Ａの試料装着部を示す要部側断面図である。

図１１Ａのように、従来、例えば、観察対象物１６０とバックライト式の照明装置２２との間に試料台２３０が設けられており、試料台２３０は、観察対象物１６０を載せて装着するガラス板や樹脂板等からなる透光性部材２３ａと、照明装置２２の表面に立設した台部２３ｂと、を有する。照明装置２２からのバックライト照明光ｐが透光性部材２３ａを介して観察対象物１６０に背面側から照射され、その透過光が観察光ｎとして対物レンズ８ａに入射し、観察対象物１６０内のサンプルを観察できる。

ところで、上述の可視下遠心装置Ａに図１１Ａのような試料台２３０が配置された場合、試料台２３０に遠心過重力を発生させるが、このため、試料台２３０は小型、軽量に設計される必要があり、特に、光学系はできるだけシンプルに構築する必要がある。従来、分解能を向上するための対策として、一般の顕微鏡などに実用されているようなケラー照明系やクリティカル照明系が知られているが、これらは、照明光を集光するために集光レンズが必要となり、本実施の形態の用途には適切ではない。そこで、本実施の形態では、より簡易的に解像度を向上するため、可視下遠心装置Ａの試料装着部を図１１Ｂのような構造としている。

図１１Ｂに示す試料装着部６０は、ほぼ中心にピンホール６１ａを有する試料台６１と、試料台６１の表面６１ｂ上にピンホール６１ａを覆うように配置されたガラス板や樹脂板等からなるカバー部材６２と、を備え、観察対象物である反応器６とバックライト式の照明装置２２との間に設けられる。カバー部材６２上には反応器６が載置されて装着される。

試料台６１は、平坦な表面６１ｂに対し照明装置２２側の裏面は、ピンホール６１ａを中心としたすり鉢状に、すなわち、ピンホール６１ａに向けて傾斜した略円錐状凹面６１ｃに構成されており、略円錐状凹面６１ｃの外周部が照明装置２２上に載る構成である。試料台６１は、アルミニウム等の軽金属材料や樹脂材料から構成できる。試料台６１の内部の略円錐状凹面６１ｃは、例えば、黒色処理されている。

図１１Ｂの試料装着部６０によれば、照明装置２２の上にピンホール６１ａを設けた試料台６１を設置することで、照明装置２２からのバックライト照明光ｐの一部がピンホール６１ａを透過し、その透過光が観察対象物（反応器６）の観察領域６ａに背面側から照射され、観察領域６ａを透過した光が観察光ｎとして対物レンズ８ａに入射し、反応器６内のサンプルを観察できる。このように、ピンホール６１ａを透過した透過光がほとんど観察領域６ａのみに照射されるので、像のコントラストが向上し、解像度の高い画像が得られる。

図１１Ａのような従来のバックライト照明では、観察対象物の全体に照明光ｐが照射される構造となっているため、観察部位（領域）以外からの光（迷光）も対物レンズ８ａに入ってしまい易い。低倍観察であれば、観察領域が広いためこれらの不要な光の影響は小さいが、上述の用途のように微小な物質を観察する場合には、像の分解能やコントラストに大きな影響を及ぼす。これに対し、図１１Ｂのように、試料台６１にピンホール６１ａを設け、バックライト照明光ｐの内のピンホール６１ａを透過した透過光が観察領域６ａのみに照射されるように改良することで、コントラスト及び解像度の向上を実現できるのである。

また、試料台６１の内部の略円錐状凹面６１ｃがピンホール６１ａを中心とするすり鉢状に構成されることで、照明装置２２からの照明光を効率よくピンホール６１ａに導入できるとともに、略円錐状凹面６１ｃの黒色処理により散乱光の発生を防止している。

次に、図１１Ｂの試料装着部６０の具体的な構成について図１２〜図１７Ｃを参照して説明する。

図１２は、図４の可視下遠心装置Ａの固定部品１６と固定部品１６の内部に設けられる試料装着部６０とを説明するために破断して示す断面斜視図である。図１３Ａは図１２の固定部品の平面図であり、図１３Ｂは方向Ｂからみた側面図であり、図１３Ｃは方向Ｃからみた側面図である。

図１２，図１３Ａ〜図１３Ｃのように、固定部品１６は、全体として略円筒状に構成され、対物レンズ８ａ（図４）の観察方向が図１２の縦方向矢印となるように、上部の対物レンズ取付部１６ａに図４の対物レンズ８ａが取り付けられ、複数のねじ孔１６ｂにねじ込まれたねじ（図示省略）で固定される。また、固定部品１６は、外周側に張り出した円形状の底部１６ｃを有し、底部１６ｃの複数のねじ孔１６ｄに挿入されたねじ１６ｅ（図３）により回転盤４（図３）に取り付け固定される。

図１２のように、固定部品１６の内部にはその底部に試料装着部６０が配置される。試料装着部６０は、試料台６１と試料ホルダ６４とを有し、試料台６１と試料ホルダ６４は図１２の横方向矢印で示すようにそれぞれ４箇所で２軸方向に位置決めされて保持されるようになっている。すなわち、図１３Ａ〜図１３Ｃのように、固定部品１６の下方の外周面には、試料ホルダ６４の位置決めのための複数のねじ孔１６ｆが設けられ、ねじ孔１６ｆのさらに下方の外周面には試料台６１の位置決めのための複数のねじ孔１６ｇが設けられている。

図１４Ａは図１２の試料台の平面図であり、図１４Ｂは側面図である。図１５Ａは図１２の試料ホルダの平面図であり、図１５Ｂは側面図であり、図１５Ｃは試料ホルダと試料台とを組み合わせた側面図である。

図１４Ａ、図１４Ｂの試料台６１は、円錐台形状に構成され、表面６１ｂの中心にはピンホール６１ａが形成されており、裏面側が略円錐状凹面６１ｃになっている。試料台６１の外径面は表面６１ｂから底部に向けて傾斜した傾斜面６１ｄになっている。

上述のような試料台６１は、円錐部材（例えば、上部直径２１ｍｍ，下部直径２４ｍｍ，厚さ６ｍｍ）の内部を開口角度１２０°で削り、上部面に径０．４００ｍｍの微細孔（ピンホール）を設けることで作製することができる。試料台６１は、例えばＡ５０５２アルミニウム合金で作製し、散乱光を防止するために黒アルマイト処理により全体が黒色に着色されている。

図１５Ａ、図１５Ｂのように、試料ホルダ６４は、円錐台形状に構成され、内部に円筒面状の内周部６４ａが形成され、外径面が図１５Ｂの上から下に向けて傾斜した傾斜面６４ｂになっている。図１５Ｃのように、試料ホルダ６４は、試料台６１の表面６１ｂ上に配置され、試料台６１に対し横方向ｗにスライド可能になっている。カバー部材６２が試料台６１の表面６１ｂ上で試料ホルダ６４の内周部６４ａで保持されている。

上述のような試料ホルダ６４は、円錐部材（例えば、上部直径１８ｍｍ、下部直径２１ｍｍ、厚さ６ｍｍ）の内部を径１５ｍｍの円筒状にくりぬいた形状に作製することができる。

図１６Ａは図１２の試料台のアライメント機構及び試料ホルダの位置調整機構を説明するために図１２の試料台及び試料ホルダを上部（対物レンズ側）からみた概略図であり、図１６Ｂは側面からみた概略図である。図１７Ａは図１２の試料台のアライメント機構及び試料ホルダの位置調整機構に適用可能なスプリングプランジャの側断面図であり、図１７Ｂは調整用ねじの側面図であり、図１７Ｃはボールプランジャの側断面図である。

試料台６１を図１１Ｂ、図１４Ａ、図１４Ｂのようにピンホール構造としたことで、観察のときにピンホール６１ａの位置と対物レンズ８ａの光軸とを合わせる（アライメント）ことが必要となるが、このため、試料装着部６０の試料台６１にアライメント機構を設けている。

すなわち、試料台６１のアライメント機構は、図１６Ａ、図１６Ｂのように、スプリング付きボールプランジャ６６ａと調整用ねじ６６ｂとが中心のピンホール６１ａを間にして対向して図の横方向に延びるように配置され、それらの先端のボール７０が試料台６１の傾斜面６１ｄに当接し、さらに、もう１組のスプリング付きボールプランジャ６７ａと調整用ねじ６７ｂとが中心のピンホール６１ａを間にして対向して図の横方向に延びるように配置され、それらの先端のボール７１が試料台６１の傾斜面６１ｄに当接するようにしたものである。

ボールプランジャ６６ａ，６７ａは、図１７Ｃのように、それらの外周面７０ａにねじが形成され、内部の空洞の長手方向にコイルばね７０ｂが内蔵されている。ボールプランジャ６６ａ，６７ａは、図１６Ａ、図１６Ｂのように、先端のボール７０が試料台６１の傾斜面６１ｄに当接するように外周面７０ａから固定部品１６のねじ孔１６ｆ（図１３Ａ）にねじ込まれて、方向ｊに押し付けられると、コイルばね７０ｂが圧縮され、その復元力により反対方向ｊ’に付勢力を与えながら傾斜面６１ｄに当接する。

また、調整用ねじ６６ｂ，６７ｂは、図１７Ｂのように、それらの外周面７１ａにねじが形成され、先端のボール７１が試料台６１の傾斜面６１ｄに当接するように外周面７１ａから固定部品１６のねじ孔１６ｇ（図１３Ａ）にねじ込まれる。

図１６Ａのように、ボールプランジャ６６ａと調整用ねじ６６ｂは、中心のピンホール６１ａを通る直線ｓ上に配置され、また、もう１組のボールプランジャ６７ａと調整用ねじ６７ｂは、中心のピンホール６１ａを通り直線ｓと直交する直線ｔ上に配置され、調整用ねじ６６ｂ、６７ｂを背面の六角ボルト穴７１ｂを利用して回転させて直線ｓ，ｔ上で移動させることで、試料台６１を２軸方向に位置決めできる。

試料台６１を調整用ねじ６６ｂ、６７ｂの回転により、図１５Ｃの横方向ｗ及び紙面垂直方向にスライドさせることで、試料台６１のピンホール６１ａを、顕微鏡画像を見ながら視野中心に位置するように位置調整し、これにより、ピンホール６１ａと対物レンズ８ａの光軸ｋとの位置決め（アライメント）が完了する。

上述のように、試料台６１は、対物レンズ８ａを保持する固定部品１６内に収納され、固定部品１６にねじ込まれたばね式のプランジャ６６ａ，６７ａと位置決め調整用ねじ６６ｂ、６７ｂとの組み合わせにより、２軸方向から位置決め自在に固定される。このとき、試料台６１は、外径面が傾斜面６１ｄとなっているので、図１６Ｂのように、ボールプランジャ６６ａ，６７ａの方向ｊ’（図１７Ｃ）への付勢力により図の横方向から位置決め応力を受けたとき、各応力点で下向きｕの成分が生じ、かかる下向きｕの分力により、試料台６１が傾くのを防ぐことができ、試料台６１の固定を安定化でき、遠心過重力下でも試料台６１の位置ずれを防止することができる。

次に、試料ホルダ６４の位置調整機構について説明する。試料ホルダ６４は、試料台６１上に載置され、試料台６１のアライメント機構と同様にして位置決め自在に固定可能である。

すなわち、試料ホルダ６４の位置調整機構は、図１６Ａ、図１６Ｂのように、スプリング付きボールプランジャ６８ａと調整用ねじ６８ｂとがその中心を間にして対向して図の横方向に延びるように配置され、それらの先端のボール７０が試料ホルダ６４の傾斜面６４ｂに当接し、さらに、もう１組のスプリング付きボールプランジャ６９ａと調整用ねじ６９ｂとがその中心を間にして対向して図の横方向に延びるように配置され、それらの先端のボール７１が試料ホルダ６４の傾斜面６４ｂに当接するようにしたものである。

ボールプランジャ６８ａ，６９ａは、図１７Ｃと同様の構成であり、図１６Ａ、図１６Ｂのように、先端のボール７０が試料ホルダ６４の傾斜面６４ｂに当接するように外周面７０ａから固定部品１６のねじ孔１６ｆ（図１３Ａ）にねじ込まれて、方向ｊに押し付けられると、コイルばね７０ｂが圧縮され、その復元力により反対方向ｊ’に付勢力を与えながら傾斜面６４ｂに当接する。

また、調整用ねじ６８ｂ，６９ｂは、図１７Ｂと同様の構成であり、先端のボール７１が試料ホルダ６４の傾斜面６４ｂに当接するように外周面７１ａから固定部品１６のねじ孔１６ｆ（図１３Ａ）にねじ込まれる。

図１６Ａのように、ボールプランジャ６８ａと調整用ねじ６８ｂは、その中心を通る直線ｇ上に配置され、また、もう１組のボールプランジャ６９ａと調整用ねじ６９ｂは、その中心を通り直線ｇと直交する直線ｈ上に配置され、調整用ねじ６８ｂ、６９ｂを回転させて直線ｇ，ｈ上で移動させることで、試料ホルダ６４を２軸方向に位置決めできる。

試料ホルダ６４を調整用ねじ６８ｂ、６９ｂの回転により、図１５Ｃの横方向ｗ及び紙面垂直方向にスライドさせることで、試料ホルダ６４を対物レンズ８ａの光軸ｋに対し位置調整することにより、試料ホルダ６４内の反応器６の位置を調整することで、反応器６内の観察領域を調整することができる。

上述のように、試料ホルダ６４は、固定部品１６にねじ込まれたばね式のプランジャ６８ａ，６９ａと位置決め調整用ねじ６８ｂ、６９ｂとの組み合わせにより、２軸方向から位置決め自在に固定される。これにより、試料ホルダ６４は、外径面が傾斜面６４ｂとなっているので、図１６Ｂのように、ボールプランジャ６８ａ，６９ａの方向ｊ’（図１７Ｃ）への付勢力により図の横方向から位置決め応力を受けたとき、各応力点で下向きｕの成分が生じ、かかる下向きｕの分力により、試料ホルダ６４が傾くのを防ぐことができ、試料ホルダ６４の固定を安定化でき、遠心過重力下でも試料ホルダ６４の位置ずれを防止することができる。

なお、上述のアライメント機構及び位置調整機構に用いたボールプランジャ６６ａ〜６９ａは、図１７Ａのようなスプリングプランジャ７２を用いてもよい。すなわち、図１７Ａのスプリングプランジャ７２は、外周面７３ａにねじが形成され、内部の空洞の長手方向にコイルばね７３ｂが内蔵されている。スプリングプランジャ７２は、図１６Ａ、図１６Ｂのように、先端が曲面状の軸７３が試料台６１の傾斜面６１ｄや試料ホルダ６４の傾斜面６４ｂに当接するように外周面７３ａから固定部品１６のねじ孔１６ｆ，１６ｇ（図１３Ａ）にねじ込まれて、方向ｊに押し付けられると、コイルばね７３ｂが圧縮され、その復元力により反対方向ｊ’に付勢力を与えながら傾斜面６１ｄ、６４ｂに当接する。

また、図１６Ａのように、可視下遠心装置Ａの回転盤４の回転により試料装着部６０に遠心力Ｆが加わる場合、アライメント機構及び位置調整機構の各プランジャ６６ａ〜６９ａは、遠心力Ｆの影響を受け難い位置に配置することが好ましい。

本実施の形態では、より倍率及び解像度の向上のために、対物レンズ８ａとして、オリンパス製SLMPL50×（開口数0.45，作動距離15.0ｍｍ，質量91ｇ）を用い、撮像デバイス（カメラ）として、センサーテクノロジー社製 STC-172C（40万画素、最低被写体照度0.13Lux at F1.2）を用いている。

以上のように、本実施の形態によれば、バックライト照明光が試料台６１のピンホール６１ａを透過し、その透過光が観察対象物のほとんど観察領域６ａのみに照射されることで、像のコントラストが向上し、解像度の高い画像が得られ、高倍率観察が可能になるので、微小生物やポリスチレン等のマイクロビーズなどよりもさらに微小な対象物、例えば、数μｍ以下の植物細胞内の微小器官（例えば、アミロプラストと呼ばれるデンプン粒）が観察可能になる。

次に、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。

〈実施例１〉
実施例１は、上述の可視下遠心装置Ａをポリスチレンビーズのサイズ選別に利用したものである。

反応器６として図７のようなダンベル型の微細流路パターン（両端に円形の溶液槽を設け、溶液槽同士を直線流路で接続した形状の流路）を形成した流路デバイスを作製し、可視下遠心装置Ａに設置し、流路デバイス内を溶液で満たした状態で反遠心側ヘサイズの異なるポリスチレンビーズ溶液を導入しビーズが遠心力によって流路内を通過する速度を測定した。

流路デバイスは、図７のような微細流路パターンを形成したＰＤＭＳ樹脂をガラス基板上へ貼り付けた構造である。流路パターンは、直径３ｍｍの円形の溶液層を７００μｍ幅の直線流路で接続した形状で、深さ約１２０μｍである。溶液層の片側には溶液導入用の孔が空けてあり、ここからビーズ溶液を導入することができる。

流路デバイスを溶液導入用の孔を反遠心側にして直線流路部分がＣＣＤカメラ１０で観察できるように可視下遠心装置Ａに取り付ける。このとき、流路内はテスト溶液（０．１Ｍマンニトール水溶液）で満たされている。溶液導入孔からポリスチレン溶液を導入し、可視下遠心装置Ａを駆動すると、遠心力によってポリスチレンビーズが直線流路を介して遠心側の溶液槽へ移動する。可視下遠心装置Ａでは、ポリスチレンビーズが直線流路内を移動する速度を任意の回転数（遠心力）で測定できるため、ポリスチレンビーズの移動速度ｖを正確に測定することができる。

直径１０μｍと直径４０μｍのポリスチレンビーズ（モリテックス社製 ４０００シリーズ）をサンプルとして、各遠心力下における移動（沈降）速度ｖの違いを測定した。その測定結果を図８に示す。図８から理解されるように、直径の大きいビーズの方が移動速度が大きく、各ビーズの挙動を観察しながらサイズ選別が可能なことが実証された。

〈実施例２〉
実施例２は、上述の可視下遠心装置Ａにより微小生物の重力走性挙動を測定したものである。すなわち、本実施例では、図７のダンベル型の流路デバイスの遠心側溶液槽ヘゾウリムシを導入して重力走性挙動を観察した。その結果、回転させて遠心力を負荷した本実施例によれば、図９のように、反遠心側溶液槽へのゾウリムシの出現確率は、回転なしで遠心力を負荷していない場合に比べて３０％程度増加した。

以上のように本発明を実施するための最良の形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。

以上のように、本発明にかかる可視下遠心装置は、分離あるいは合成の反応過程におけるサンプルの状態を、高フレームレート(コマ数)で安定した画質の映像でリアルタイムに確認することが可能であり、また、より倍率及び解像度を向上可能であるものとして有用である。また、観察装置は、より倍率及び解像度を向上可能であるものとして有用である。

Claims (15)

1. 回転する回転盤と、前記回転盤に配設され、サンプルを収容して前記回転盤とともに回転する反応器と、前記反応器内におけるサンプルの状態を目視により観察するための顕微鏡とを具備し、前記反応器内のサンプルに対して遠心力を作用させることで、前記サンプルから所定の物質を分離あるいは合成させる可視下遠心装置であって、
   前記顕微鏡は、前記反応器内のサンプル状態を観察可能となるように前記回転盤の所定位置へ固定されており、
   前記回転盤には、前記顕微鏡で捉えた前記反応器内のサンプル状態の顕微鏡画像を撮影するための撮像デバイスと、前記撮像デバイスで撮影された前記顕微鏡画像の撮影像をリアルタイムで動画として無線伝送するための映像無線伝送デバイスとが取り付けられていることを特徴とする可視下遠心装置。
2. 前記顕微鏡は、鏡筒内において、前記顕微鏡の光路が前記回転盤の盤面に対して所定の角度で部分的に屈折されており、前記撮像デバイスは、前記所定角度で屈折された顕微鏡の光路上で、前記顕微鏡画像を撮影可能となるように、前記回転盤の回転中心の近傍に位置付けられていることを特徴とする請求項１に記載の可視下遠心装置。
3. 前記回転盤の回転軸は、噴出エアによって前記回転軸とは非接触状態に維持されるエア軸受によって回転自在に支持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の可視下遠心装置。
4. 前記顕微鏡の対物レンズと前記反応器とは、同一部品で一体的に前記回転盤へ固定され、前記対物レンズならびに反応器の回転振動による相対変位を極小化させていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の可視下遠心装置。
5. 前記映像無線伝送デバイスは、前記撮像デバイスで撮影された前記顕微鏡画像の撮影像のデータを非圧縮のデジタル信号に変換し、外部の受信装置に対して無線により送信していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の可視下遠心装置。
6. 前記反応器内のサンプルに対して落射照明を行う落射照明装置を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の可視下遠心装置。
7. 前記回転盤は、ダイレクトドライブモータにより回転駆動されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の可視下遠心装置。
8. 前記反応器内のサンプルに対してバックライト照明を行う照明装置を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の可視下遠心装置。
9. 前記反応器を装着する試料装着部を備え、
   前記試料装着部は前記反応器を支持しピンホールを有する試料台を有し、
   前記照明装置からのバックライト照明光が前記ピンホールを透過して前記試料台に支持された反応器内のサンプルに照明されることを特徴とする請求項８に記載の可視下遠心装置。
10. 前記試料装着部は、前記顕微鏡の対物レンズの光軸と前記試料台のピンホールとの相対位置を調整するためのアライメント機構を備える請求項９に記載の可視下遠心装置。
11. 前記試料装着部は、前記試料台において前記反応器を保持する試料ホルダと、前記顕微鏡の対物レンズの光軸と前記試料ホルダに保持された反応器との相対位置を調整するための位置調整機構と、を備える請求項９または１０に記載の可視下遠心装置。
12. 前記試料装着部は、前記顕微鏡の対物レンズを前記回転盤に固定する固定部品内に設けられ、
    前記アライメント機構、前記位置調整機構及び前記固定部品により前記試料台及び前記試料ホルダが前記回転盤側に固定される請求項１１に記載の可視下遠心装置。
13. 観察対象物を観察するための顕微鏡と、前記観察対象物を支持する試料台と、前記観察対象物に対してバックライト照明を行う照明装置と、を備える観察装置であって、
    前記試料台がピンホールを有し、
    前記照明装置からのバックライト照明光が前記ピンホールを透過して前記試料台に支持された観察対象物に照明されることを特徴とする観察装置。
14. 前記顕微鏡の対物レンズの光軸と前記試料台のピンホールとの相対位置を調整するためのアライメント機構を備える請求項１３に記載の観察装置。
15. 前記顕微鏡の対物レンズの光軸と前記試料台に支持された観察対象物との相対位置を調整するための位置調整機構を備える請求項１３または１４に記載の観察装置。

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