JPWO2017061387A1 - 試料採取システム - Google Patents

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Abstract

試料２０を繰り返し採取可能な試料採取システムを提供することを目的とする。
生体標本３から試料２０を採取する中空状の１又は複数の採取針１と、採取針１の内部に溶液１０を流入させる液体流入機構としてのシリンジ８３、ソレノイド８７及び貯留容器８８と、を備え、溶液１０と共に試料２０を採取針１から排出させ、試料２０を回収する構成とする。

Description

本発明は、種々の生体分析のために、動物・植物の生体標本から単一細胞及び微小組織片を迅速・大量採取するための試料採取システムに関するものである。
ヒトゲノム計画が終了し、生命を遺伝子あるいは遺伝子の発現などをもとに理解して活用しようとする動きが活発になってきた。このような中で、がんをはじめとする生体病理組織は様々な細胞群の集合体であり、病気を理解して適切な対応をするにはその組織を構成している１つ１つの細胞あるいは細胞集合体（組織切片）ごとに遺伝子（ゲノム）、遺伝子発現（トランスクリプトーム解析）、代謝物（メタボローム）あるいはタンパク質（プロテオーム）などを詳細に調べることが必要との認識が広がってきた。このような背景のもと、１細胞中のゲノム、ｍＲＮＡ（トランスクリプトーム）、代謝物（メタボローム）、タンパク質などを詳細に、網羅的に解析しようとする動きが活発化している。
一方、１細胞の計測は免疫細胞などの浮遊細胞には有効であるが組織中の細胞をそのまま解析することはできない。解析するにはまず組織からばらばらにした細胞を分取して、次いで遺伝子発現などの解析が行われる。このようなプロセスを経ると実際の細胞の特性が損なわれることも多く、より自然に近い状態の細胞あるいは細胞群の解析が望まれている。このような要求に応えるものとして組織の大きなブロックではなく微小試料を解析に用いる方法が有望視されている。これには従来レーザーを用いた切断採取方法であるレーザーマイクロダイセクションが用いられてきた（例えば、後述するＡ社製品）。しかし、このシステムは、採取処理可能な試料に制約がある上、高価であり、より簡便なシステムが求められている。
近年、ガラスキャピラリーを用いた細胞採取装置などが開発されているが、ガラスは壊れやすく植物など硬い細胞壁を持つ生体標本には適用できない。一方、発明者らはステンレスパイプの先端を先鋭化した４つのポイントを持つ形状のパイプニードルを用いて微小試料採取を可能としている（特許文献１）。しかし、尖ったパイプニードルは先端が破損し易いため、生体標本をゲルの上に保持する必要があった。さらに、試料の採取時に生体標本が変形したり動いたりする難点もあり、精度の高い試料採取が困難であった。
また、これらパイプニードルやキャピラリーによる採取では採取ごとにキャピラリーを付け替えたり、パイプニードルの先端を洗浄液につけて洗浄したりする必要があり、迅速な採取を繰り返すことが困難であり、数百か所単位の採取を行うには膨大な時間を要する。このように試料採取に長時間を要すると、生体標本が凍結組織切片等の場合に形状保持が困難であり、ＲＮＡ等の生体分子の分解が避けられない。このため、採取箇所は少数に限定され、同一の生体標本から多点のサンプリングを行うことが出来なかった。現在、公知の採取システムは採取ニードルをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に沿って動かして試料の採取から回収まで行うか、あるいは手動で試料の回収を行うものであり、採取から回収までに時間を要するという難点があった。この原因の一つは、試料採取には生体標本が載置された平面に沿って微細な位置制御をしつつ採取するため、小さなステップのステッピングモーターが適しているが、試料の回収にはタイタープレートなどのマクロなデバイスへ採取ニードルを運ぶため大きな移動距離が必要であり、大きなステップのステッピングモーターが適している。これを精度の良い小さなステップのステッピングモーターで行うと非常に多くのステップが必要となり、移動時間が長くなるという問題があった。
一方、採取試料をＤＮＡ解析、プロテオーム解析、たんぱく質解析、遺伝子発現解析するには採取切片を微小な反応チャンバーに導く必要があり、これらを一括してスムーズに行えるシステムの開発が望まれていた。さらに、1細胞レベルの解析においてもマイクロチャンバーを多数持つ回収プレート(マイクロプレート)に細胞を播種し、抗原抗体反応を利用して目的とする細胞を蛍光ラベルにより検出し、マイクロプレート上の目的細胞を試料調製反応に使うタイタープレートに移し替えるなど煩わしい作業が必要であった。移し替えについても移し替え専用のロボットなどが開発されているが1個当たり数十秒から数分の時間がかかる難点があった（例えば、後述するＢ社製品）。
ＷＯ２０１３／１２５１４１号公報 特開２０１０−０２９１７８号公報
上記課題を克服して、植物・動物を問わず簡単に分析を意図する微小部位から繰り返し微小試料切片を採取可能なシステムを提供することが本発明の目的である。このシステムはマイクロプレート上の細胞をタイタープレートに迅速に移し替える課題にも使用できるものである。さらに、単に１細胞あるいは微小切片を採取するだけでなく引き続きそれぞれの分析課題に適合する形での試料調製を可能とするシステムを実現する。
本発明の試料採取システムは、生体標本から試料を採取する中空状の１又は複数の採取針と、前記採取針の内部に液体を流入させる液体流入機構と、を備え、前記液体と共に前記試料を前記採取針から排出させ、前記試料を回収する構成を有する。
また、本発明の試料採取システムは、前記生体標本を載置する標本載置用容器と、前記標本載置用容器を載置する標本保持台と、採取後の前記試料を収納する収納部と、を備える構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記採取針を移動させる採取針駆動機構と、前記標本保持台を移動させる標本保持台駆動機構と、を備える場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記生体標本を保持し、前記採取針により切断及び貫通可能な保持体と、前記生体標本を保持した前記保持体を保持する標本保持台と、前記標本保持台を載置する載置台と、前記採取針を前記試料の採取時に１軸方向に移動させる採取針駆動機構と、前記標本保持台を前記１軸方向に対して直交する平面上を移動させる標本保持台駆動機構と、を備え、前記採取針が前記生体標本を切断して前記試料を採取する構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記試料を収納する収納部と、前記収納部を前記１軸方向と直行する少なくとも１軸方向に移動させる収納部駆動機構と、を備え、前記収納部が複数の反応チャンバーを備え、前記試料を前記反応チャンバーに収納する構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記試料が液体と共に流動する１又は複数の流路を備え、前記試料を前記流路内の液体の流れにより流動させる構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記採取針が前記流路の一部を構成する構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記流路が前記保持体の下方に設けられ、前記採取針の先端部が前記流路の短手方向の幅内の上方に位置する構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記保持体を取り付ける標本保持台を備え、前記流路が前記標本保持台又は前記載置台に設けられ、前記流路と連通する１又は複数の試料採取口が形成され、前記試料採取口が前記保持体の下方に配置された構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記採取針の先端部が前記流路又は前記流路に連結する試料採取口に挿入可能である構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記流路が前記載置台の上方に設けられる構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記試料を分析又は解析するための試料調製システムを備え、前記流路又は前記採取針が前記試料調製システムと連通する構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記試料が前記採取針の先端部から液体と共に排出される構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記試料が前記採取針の先端部とは異なる部位から液体と共に排出される構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記生体標本を観察する観察装置を備え、前記生体標本における前記試料を採取する部位を前記観察装置により得られた画像情報に基づき指定する構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記採取針を振動させる振動機構又は、前記採取針を回転させる回転機構を備え、前記採取針が振動可能又は回転可能に設けられる構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記収納部は前記標本保持台とは独立して移動し、前記標本保持台よりも高速で移動可能である構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記保持体には二次元座標上の位置を特定する基準点又は基準線が設けられ、前記基準点又は前記基準線に基づいて前記試料を採取する採取部位を特定する構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記保持体の二次元座標を前記載置台の二次元座標又は前記保持体駆動機構の二次元座標に変換可能である構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記採取針が前記１軸方向と直交する平面方向に移動可能である構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記採取針が前記１軸と平行な軸を中心として回動可能である構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記生体標本が組織材料、細胞、細胞群、シート上に分散保持された細胞、シート上に分散保持された細胞群又はマイクロチャンバーアレーなどに捕獲された細胞群である構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記生体標本が組織切片又は細胞から選択される構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記採取針の先端部は筒状の形状を有する構成を有する場合がある。
また、本発明の試料採取システムは、前記採取針が金属、ガラス、ガラス表面に高分子被膜を形成した部材、又は、高分子部材から形成されている構成を有する場合がある。
本発明により、植物・動物を問わず簡単に分析を意図する微小部位から繰り返し微小生物試料を短時間で採取可能なシステムを提供することができる。
本発明の実施例１を示す試料採取システムの正面図である。 同上、採取針の縦断面図である。 同上、採取針の固定状態の正面図である。 同上、電気的構成を示すブロック図である。 同上、生体標本及び保持シートの平面図である。 本発明の実施例２を示す試料採取システムの正面図である。 本発明の実施例３を示す試料採取システムの正面図である。 本発明の実施例４を示す試料採取システムの要部平面図である。 本発明の実施例５を示す試料採取システムであり、図９Ａは正面図、図９Ｂは縦断面図である。 本発明の実施例６を示す試料採取システムの正面図である。 同上、第４のキャピラリー管を取り付けた試料採取システムの正面図である。 本発明の実施例７を示す試料採取システムの正面図である。 本発明の実施例８を示す試料採取システムの正面図である。 本発明の実施例９を示す試料採取システムの正面図である。
本明細書において、「生体標本」とは、動物、ヒト、植物、微生物等の生体より、その個体の一部若しくは全部、又は複数生体の集団を観察、分析、解析、疾患の診断、将来発症するリスクのある疾患の予測又は実験等に使用するために分取したものをいう。具体的には、動物、ヒト若しくは植物由来の組織材料、それらのスライス切片、動物、植物若しくは微生物の細胞、これらの細胞群、シート上に分散保持されたこれらの細胞又はシート上に分散保持されたこれらの細胞群あるいはマイクロチャンバーアレーなどに捕獲された細胞群等をいう。生体標本の中には、疾患を有する患者より採取された生検のための材料を含む。
本明細書において、「試料」とは、前記「生体標本」の一部又は全部を観察、分析、解析、疾患の診断、将来発症するリスクのある疾患の予測又は実験等に使用するために、採取されたものをいう。
また、本明細書における「タイタープレート」とは、生体標本より採取した試料を収納する複数の反応チャンバー、チャンバー又はウェルを有するプレートをいい、例えば、商業的に利用可能な６、８、１２、２４、４８、９６、３８４又は１５３６ウェル又はチャンバーを有するマイクロプレートを使用できる。また、このマイクロプレートを複数連結して使用してもよい。
本明細書において「観察装置」とは、例えば、光学顕微鏡、蛍光顕微鏡、ラマン顕微鏡及びビデオカメラ等の生体標本の画像情報を取得して観察するための装置をいう。本観察装置を用い、生体標本を観察することにより、試料の採取部位を決定することを可能にする。
本発明のシステムにおいて、採取針は採取する少なくとも一軸方向に移動させる。本明細書において、この方向をＺ軸と記載し、Ｚ軸と直交する平面方向をＸ−Ｙ平面と記載する。生体標本は、このＺ軸方向以外の方向、例えば、Ｘ−Ｙ平面方向に移動可能な標本保持台に保持体を介して載置又は保持され、生体標本の採取部位を採取針の移動軸であるＺ軸上の採取位置に移動させて配置し、採取針をＺ軸方向に移動させて生体標本の採取部位を切断採取することにより、試料を採取する。なお、Ｚ軸が垂直方向であり、Ｘ−Ｙ平面が水平方向の平面である場合がある。また、採取針は採取した試料を収納部に収納するときにＺ軸と直交するもう1軸あるいは２軸方向に移動する場合がある。
より具体的には、本発明では滑らかで厚さが先端部分に行くに従い薄くナイフ状となっており先端曲率半径が１０μｍ以下の刃を持ったパイプ状採取針を用いて組織あるいは細胞などの生体標本を保持している保持体も含めて切断採取する。この場合、採取のタイミングに合わせて採取針に連結された溶液溜の圧力を減じて吸引すると、採取試料の取りこぼしが無く便利である。さらに、試料採取時に採取針に必要に応じて微小振動を加える及び／又は回転を加えることにより、少ない力で試料の切断採取を可能にする場合がある。採取針はパイプ状なので採取に先立ち溶液を採取針内に流入させることが可能となっており、排出時には必要に応じて採取針を振動させて採取針内を溶液により洗浄しながら採取試料を溶液とともに所定の回収場所に排出する機能を持たせて採取針を繰り返し使用可能とする。採取針を振動させなくても溶液が採取針内面を通過するのでことにより十分な洗浄効果が得られる。採取に際して採取針は同一軸（Ｚ軸）上を移動するだけであり、標本保持台が生体標本の採取しようとする部位を採取位置までＸ−Ｙ平面上を微細移動する。一方採取された断片試料は大きく移動するタイタープレートに回収したり、あるいは標本保持台の上、内部あるいは下に設けられたマイクロ流路を用いて回収したりできる。さらに、採取針の採取位置を原点として、採取針をタイタープレートまでＸ軸、Ｙ軸方向に大きく動かして採取された断片試料を回収することができる。また、採取針をＺ軸と直交するＸ軸方向に移動させると共に、タイタープレートをＹ軸方向に動かしたりしてもよい。マイクロ流路を用いる場合には試料はマイクロ流路中に排出され、マイクロ流路にそって流れて多くの反応チャンバーを具備したタイタープレートの反応チャンバーに順次回収される場合がある。この場合、試料の採取と回収はほぼ連続して行われるので、採取時間は標本保持台の移動時間でほぼ決定され、高速での試料採取を実現することができる。反応チャンバーを具備したタイタープレートは標本保持台が移動している間に次の反応チャンバー回収位置に移動することができる。
このように、標本保持台の詳細な動きのコントロール、採取針の上下動及び水平方向への移動、回収プレートの動きを独立に行うことで迅速で正確な試料採取を自動的に行うことができる。採取試料をマイクロ流路に排出することで、それ以後の試料調製反応はマイクロフルーイディクスデバイスを用いて行うことができる。これにより、試料採取から試料調製までを迅速に全自動で行うことができる。さらに、試料あるいは洗浄溶液の排出では、採取針を振動させることで短時間での洗浄を兼用させ採取針の繰り返し使用を可能とし、早い繰り返し採取を可能とする。
また、マイクロ流路を含まないシステムでは、例えば、位置を精密に制御する必要がある採取部位へのアプローチと大まかな位置制御でよいが長い距離移動を必要とする採取試料の回収を迅速に行うため、１ステップのストロークが異なる２つのモーターを駆動するシステムとすることができる。
さらに、本発明のシステムは、採取位置をＸ―Ｙ平面の原点とし採取針をＺ軸上で移動させて採取するが、採取針をＺ軸以外の１軸に沿って移動可能とする場合がある。この場合には観察装置を標本保持台の上部に設置して標本を観察して採取位置に標本を移動してから採取針が原点に戻り採取動作をすることができる。また、採取針はＸ軸、Ｙ軸方向に動かさず、標本保持台の観察をＸ軸、Ｙ軸の原点付近とはずれた仮想原点付近で行い、生体標本の採取したい部位を仮想原点に移動した後、仮想原点を原点位置まで移動し（一定の距離だけ1軸移動）採取針をＺ軸に沿って駆動して採取してもよい。このようなシステムは、採取針による視野妨害を排除できるので通常使われている顕微鏡システムを利用できる利点がある。
また、複数の採取針を使用することにより、同時に複数の試料を採取して独立に回収することも可能である。採取針は、１本以上であればよく、１〜１０本、１〜３０本、１〜５０本又は１〜１００本、具体的には、例えば、１本、２本以上、１０本以上、３０本以上、５０本以上、１００本以上であってもよい。また、商業的に利用可能なマイクロプレートのチャンバー数に合わせて、採取針の数は、６本、８本、１２本、２４本、４８本、９６本、３８４本又は１５３６本とすることもできる。同様に試料の受け口となる試料採取口、流路も複数あってもよい。また、採取針は、ハニカム構造として複数の断片試料を同時に採取することも可能である。
細胞をピックアップする場合やマイクロプレートの微小な反応チャンバーに収納された細胞を取り出す場合にはピペットなどで吸引する事が行われている。しかし、細胞の多くは接着性であり、吸引が困難なことも多い。このような生体標本に対しても本発明では細胞が接着しているシート部材ごと試料を切断採取することができるので有効に機能する。
以下、本発明の実施例について、添付図１〜図１４を参照して説明する。以下に説明する実施例は、請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。なお、図１、図６、図７、図１０〜図１４における上下左右を本試料採取システムの上下左右として説明する。
図１は、本実施例の形態における試料採取システムの構成の一例を模式的に示すものである。同図において、１は生体標本３から試料２０である組織切片又は細胞を切断採取する採取針であり、この採取針１は、採取針１を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させる採取針駆動機構２に着脱自在に取り付けられる。採取針１は、ニッケル又はステンレス鋼等の金属により形成され、一端が先細りの中空円柱状に形成され、先端部２１は筒状に形成され、ナイフエッジ加工が施される。図２に示すとおり、採取針１の内部には液体などが流動可能な針内流路２２が形成され、その直径は１００μｍ程度であるが適宜変更可能である。該直径は、１〜５０００μｍ、１〜１０００μｍ又は１〜５００μｍであり、例えば、１、５、１０、２０、３０、５０、１００、２００、５００、１０００、３０００及び５０００μｍ等から選択してもよい。なお、採取針１は、生体標本３の種類によりガラス製やセラミック製としてもよい。ガラス製の場合には強度を補強するために外部や内部を高分子被膜等でコーティングしたものを用いてもよい。また、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）等の高分子部材から形成してもよい。
図２に示すとおり、採取針１の他端にはチューブ２３が取り付けられ、針補強具２４に挿入される。チューブ２３の内径は、採取針１の外径よりも大きく形成されるが、このチューブ２３は合成樹脂製であり熱収縮性を有するため、チューブ２３に採取針１の他端側を所定の長さ挿入し、チューブ２３を加熱することによりチューブ２３が収縮して採取針１に密着固定される。チューブ２３は、液体としての溶液１０を貯留する溶液タンク（図示せず）に接続され、第１のポンプ（図示せず）により前記溶液タンクから排出される溶液１０は、チューブ２３を介して採取針１の針内流路２２に流入する。この第１のポンプは、針内流路２２内及びチューブ２３内に残留する溶液１０を吸込可能である。なお、前記溶液タンクや前記第１のポンプを設けず、溶液１０を採取針１内に貯留する構成としてもよい。また、採取針１は、図３に示すとおり、コイルバネ２５を介して採取針駆動機構２に固定され、採取針１の先端部２１に下方から上方に向かって一定以上の外力が付加されると、コイルバネ２５が収縮して採取針１が上昇し、採取針１の破損を防止する。なお、採取針１は複数本設けてもよく、その際には、後述するマイクロ流路９、試料採取口１１などを採取針１と同数形成すればよい。複数本の採取針１を束ねることにより、生体標本３の隣接する部位から複数の試料２０を採取することができる。なお、コイルバネ２５を用いる代わりに採取針１の先端部２１が生体標本３を載置した高分子材料により形成した保持シート７の中間で停止するように制御して採取針１の破損を防いでもよい。
採取針駆動機構２は、ステッピングモーター（図示せず）を内蔵し、所定の範囲内で上下に移動可能である。採取針駆動機構２の最上部停止位置（初期位置）と最下部停止位置は、予め設定され、採取針駆動機構２が最上部停止位置及び最下部停止位置に移動すると採取針駆動機構２の移動は停止させる。
採取針駆動機構２は、必要に応じて振動モーター（図示せず）を備え、この振動モーターの振動を採取針１に伝えて、採取針１を微小振動させることができる。採取針１が生体標本３などを切断・貫通する際に採取針１を微小振動させることにより、生体標本３などを容易に切断・貫通することができる場合がある。なお、圧電素子を用いて採取針１を振動させてもよい。また、生体標本３などの切断・貫通を容易とする方法として、採取針駆動機構２に採取針１をＺ軸を中心として回転させる機構を設けてもよい。採取針１の回転機構としては、例えば、針補強具２４にカムピン（図示せず）を設け、針補強具２４の外周部に位置する部材にカム溝（図示せず）を設けて、前記カムピンが前記カム溝内を移動することにより、採取針１が上下移動すると共に回転するものが考えられる。
図１において、１２は本試料採取システムの基礎土台部分である基台であり、基台１２の上面には板状に形成された載置台８が固定される。載置台８は、ガラス、アクリル樹脂又はシリコーン樹脂などの透光性を有する合成樹脂で形成され、後述する倒立顕微鏡１３による生体標本３の観察を可能とする。載置台８の上面には、載置台８上をＸ軸、Ｙ軸方向に摺動する標本保持台駆動機構４が配設される。標本保持台駆動機構４は、上下が開口した角筒状に形成される。
標本保持台駆動機構４は、ステッピングモーター（図示せず）を内蔵し、所定の範囲内で水平方向（Ｘ−Ｙ平面上）に移動可能である。標本保持台駆動機構４は、操作手段２７からの位置情報に対応する位置がＺ軸上に配置されるように移動する。
また、載置台８の上面には生体標本３を保持する保持体としての保持シート７が載置される。保持シート７は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）あるいはシリコーンゴム等により厚さが１０−５０μｍ程度の薄膜状に形成される。生体標本３は、保持シート７の上面に載置され、必要に応じてカバーフィルム６で覆うことによりカバーフィルム６と保持シート７により挟持される。カバーフィルム６と保持シート７の接着力は弱いため、この部分を採取針１で貫通することにより試料２０とカバーフィルム６を採取することができる。これは採取した試料２０をタイタープレート１５の反応チャンバー３７に直接排出するときに特に有効である。もちろん同じ構成はマイクロ流路９を使った構成に利用してもよい。一方、上面をカバーフィルム６で覆うことにより生体標本３の崩れを防止することができる。カバーフィルム６は、厚さが１０μｍ程度のゲル状のフィルムである。カバーフィルム６及び保持シート７は透光性を有する。採取針１の先端部２１はカバーフィルム６及び保持シート７を突き抜け、マイクロ流路９の試料採取口１１まで達するように調整する。なお、カバーフィルム６は、生体標本３の上面のみならず、下面側に敷いても良い。
図５に示すとおり、保持シート７の上面又は下面には、直交座標系の座標平面（Ｘ−Ｙ座標平面）を表示する複数の基準点２８及び複数の基準線２９が設けられ、保持シート７に載置した生体標本３における試料２０の採取部位を二次元座標上の位置としての位置座標情報として指定することができる。この場合、本試料採取システム以外の観察装置（図示せず）で採取部位の指定を行ってもよい。位置座標情報は、例えば、中心基準点２８からのＸ軸方向の距離とＹ軸方向の距離を示すものや、基準線２９の交点の位置や、基準線２９で囲まれた範囲の位置などを使用することができる。
この保持シート７上における位置座標情報は標本保持台としての枠部材５を標本保持台駆動機構４に装着した後に、標本保持台駆動機構４が持つ位置座標情報に変換する必要がある。この座標変換は、保持シート７上のいくつかの基準点２８に対応する標本保持台駆動機構４の座標を前記観察装置で観察計測することより行う。保持シート７を枠部材５に接着し、標本保持台駆動機構４にセットした状態における採取部位の二次元座標としての位置情報は前記座標変換により得られ、制御手段１７に内蔵される記憶部３０に保存される。そして、操作手段２７により、保持シート７上における採取部位の位置座標情報を制御手段１７に与えると、記憶部３０に保存された保持シート７上における位置座標情報に対応する位置情報が読み出される。そして、読み出した位置情報に基づいて制御部３１が標本保持台駆動機構４に指令を出し、標本保持台駆動機構４が移動して位置座標情報に対応する生体標本３の採取部位を採取位置（Ｚ軸上）に配置する。ここで、採取位置とは採取針１が下りる位置であり、採取部位とは、試料２０を採取する生体標本３の場所をいう。
生体標本３における採取部位の指定は、保持シート７を標本保持台駆動機構４にセットする前に、顕微鏡（図示せず）で観察しながら指定する場合と、標本保持台駆動機構４にセットしてから倒立顕微鏡１３で観察しながら指定する場合がある。前者では保持シート７に設けられた基準点２８及び基準線２９に基づいて行うため、保持シート７上における位置座標情報が標本保持台駆動機構４にセットした状態における位置情報に変換される。後者では観察して指定した位置が直ちに標本保持台駆動機構４における位置座標として読み込まれる。
保持シート７は、生体標本３をカバーフィルム６とで挟持した状態で枠部材５に接着固定される。なお、生体標本３は２枚のカバーフィルム６で挟持してもよい。枠部材５は上下が開口した角筒状に形成され、その底面が保持シート７の外周部上面と接着される。枠部材５、カバーフィルム６、保持シート７及び試料２０は標本保持台駆動機構４の内部に載置されるが、枠部材５を標本保持台駆動機構４の内部に載置すると枠部材５の外側面が標本保持台駆動機構４の内面に当接する。したがって、標本保持台駆動機構４を載置台８上で摺動させると、枠部材５、カバーフィルム６、保持シート７及び試料２０が一体となって標本保持台駆動機構４に付随して載置台８上を摺動する。
載置台８の内部には、試料２０を流動させる流路としてのマイクロ流路９が水平方向に形成される。本実施例においては、マイクロ流路９の内径は１００μｍとしているが適宜変更可能である。また、マイクロ流路９は、ＰＤＭＳ、ガラス、フッ素樹脂などから形成され、透光性を有する。なお、マイクロ流路９は、内部を流動する試料２０の詰まりを防止するため直線状に形成されることが望ましい。
マイクロ流路９の一端には溶液１０を注入する流路入口３２が形成され、他端には溶液１０及び試料２０を排出する流路出口３３が形成される。流路入口３２には、マイクロ流路９内に溶液１０を注入する第２のポンプ（図示せず）が接続され、所定の時間、所定の量の溶液１０をマイクロ流路９内に排出可能である。なお、この第２のポンプはマイクロ流路９内に残留する溶液１０を吸込可能である。前記第１のポンプ及び前記第２のポンプは、ポンプ駆動機構３４により作動し、溶液１０の排出及び吸込を行う。なお、採取針１からマイクロ流路９内に排出された溶液１０及び試料２０は、空気流により収納部としてのタイタープレート１５まで運搬してもよい。
載置台８には、上面からマイクロ流路９に対して垂直に形成された貫通孔である試料採取口１１が形成される。試料採取口１１は、採取針１の中心軸であるＺ軸と同軸上に配設され、試料採取口１１の内径が採取針１の先端外径よりも大きく形成されるため、採取針１を下降させた際に採取針１の先端部２１が試料採取口１１内に挿入可能である。
基台１２の下方には、観察装置としての倒立顕微鏡１３及びビデオカメラ３５が配置される。倒立顕微鏡１３で観察される生体標本３や保持シート７はビデオカメラ３５により撮影され、撮影された映像がビデオカメラ３５に接続されたモニター１４に表示される。基台１２には、貫通孔である観察用孔３６が形成され、載置台８、マイクロ流路９、カバーフィルム６、保持シート７は全て透光性を有する部材で形成されるため、倒立顕微鏡１３により下方から生体標本３を観察可能である。
流路出口３３の近傍には、採取した試料２０を収納する収納部としてのタイタープレート１５が配置される。タイタープレート１５には、縦８列、横１２列の計９６個の反応チャンバー３７が設けられる。タイタープレート１５は、収納部駆動機構１６に着脱自在に取り付けられる。収納部駆動機構１６は、内蔵するステッピングモーター（図示せず）により所定範囲内で移動可能であり、流路出口３３から排出される溶液１０及び試料２０が反応チャンバー３７に確実に収納されるよう反応チャンバー３７の開口を流路出口３３に対向する位置に移動することができる。また、流路出口３３を試料２０の分析又は解析を行う試料調製システム（図示せず）に接続し、試料２０を前記試料調製システムに搬送してもよい。なお、タイタープレート１５に設けられる反応チャンバー３７の数は適宜変更可能である。
溶液１０は、オイルを用いる場合と緩衝液を用いる場合とがある。オイルを使用する場合は溶液１０及び試料２０が液滴として回収される。このとき、オイルはフッ素系不活性液体、ミネラルオイル、シリコンオイルなどを使用でき、必要に応じて界面活性剤を添加したものや、１種以上のオイルの混合物を使用できる。また緩衝液は、ＰＢＳなどの細胞を扱う実験でよく利用される緩衝液を使用でき、またはＲＮＡの安定化のためＲＮＡｌａｔｅｒ（米国登録商標）やＲＮＡ Ｓａｖｅ（商標）、Ｃｅｌｌｃｏｖｅｒ（商標）などのＲＮＡ安定化溶液を合わせて使用してもよい。一方、緩衝液を使用する場合には生体標本３の切断時に破壊された細胞由来の物質などが溶液１０中に拡散し、大きな塊の試料２０だけを回収することができる。したがって、溶液１０は、試料２０をどのように調製するかにより適宜選択することができる。
ここで、試料２０の採取から回収までの一連の流れを説明する。まず、生体標本３を保持シート７に載置しカバーフィルム６で上から覆って生体標本３を挟持する。この保持シート７を枠部材５の底面に接着し、枠部材５を標本保持台駆動機構４にセットして載置台８に載置する。なお、あらかじめ保持シート７を枠部材５に接着したものを用いてもよい。モニター１４に表示した生体標本３の映像を確認しながら生体標本３における試料２０の採取部位を指定する。この指定した採取部位の位置座標情報を操作手段２７により入力すると、標本保持台駆動機構４がＸ−Ｙ面方向（水平方向）に移動して試料２０の採取部位が採取針１の中心軸上であるＺ軸上（採取位置）に配置される。また、試料２０を収納する反応チャンバー３７が選択され、収納部駆動機構１６によりタイタープレート１５が移動して、所定の反応チャンバー３７がマイクロ流路９の流路出口３３に対向するように配置される。採取部位がＺ軸上に配置されると、採取針駆動機構２により採取針１が下降し、カバーフィルム６、生体標本３及び保持シート７を切断して貫通する。採取針１がカバーフィルム６、生体標本３及び保持シート７を貫通すると、針内流路２２内には、図２で示すように上側からカバーフィルム６の切断片３８、試料２０、保持シート７の切断片３９が採取される。採取針１は保持シート７を貫通し、採取針１の先端部２１が試料採取口１１に挿入されて停止する。採取針１が停止すると、前記溶液タンクに貯留されていた溶液１０が針内流路２２に注入され、採取針１内部の試料２０及び切断片３８，３９は溶液１０の注入圧によりマイクロ流路９内に排出される。その後、前記第２のポンプによりマイクロ流路９内に溶液１０が排出され、溶液１０と共に試料２０及び切断片３８，３９がマイクロ流路９を流動し、流路出口３３から排出されて反応チャンバー３７に流れ込む。採取針１は、試料２０及び切断片３８，３９を排出した後に上昇し初期位置に戻る。生体標本３における試料２０の採取部位を複数指定し、複数の採取部位の位置座標情報を制御手段１７に提供した場合には、上述の一連の流れが指定部位の数繰り返される。なお、試料２０の採取は、生体標本３を観察して複数の採取部位を決定し、採取を連続的に行ってもよく、採取開始点を指定して一定の指定した間隔で連続的にＸ軸、Ｙ軸に沿って、あるいはＸ−Ｙ平面内の複数の採取部位から自動的に採取してもよい。この場合生体標本３を観察して採取部位を指定する時間を節約できる利点がある。
図４は、本実施例における試料採取システムの電気的構成を示している。同図において、制御手段１７の入力ポートには、操作手段２７が接続され、制御手段１７の出力ポートには、採取針駆動機構２、標本保持台駆動機構４、収納部駆動機構１６、ポンプ駆動機構３４、ビデオカメラ３５が接続される。ビデオカメラ３５にはモニター１４が接続され、ビデオカメラ３５で撮影した映像を表示する。
試料２０の採取から回収までの一連の流れにおける電気的構成について説明する。操作手段２７により本試料採取システムの電源を入れると、制御部３１からの指令によりビデオカメラ３５が倒立顕微鏡１３より観察される映像を撮影しモニター１４に表示する。生体標本３を載置した保持シート７を枠部材５に接着し、枠部材５を標本保持台駆動機構４にセットすると、生体標本３の映像がモニター１４に表示される。採取部位をモニター上でカーソルにより決定すると保持シート７における採取部位の位置座標情報が標本保持台駆動機構４における位置情報として記憶部３０に保存される。この位置情報に基づいて制御部３１からの指令信号により収納部駆動機構１６が作動し、タイタープレート１５を移動させ、所定の反応チャンバー３７が流路出口３３に対向する位置に配置される。制御部３１からの指令信号により標本保持台駆動機構４が作動し採取部位をＺ軸上（採取位置）に配置する。標本保持台駆動機構４の移動が停止すると、制御部３１からの指令信号により採取針駆動機構２が作動し採取針１が下降する。なお、採取針１が初期位置から下降する距離は予め決められ、記憶部３０に保存される。採取針１は、先端部２１が試料採取口１１に挿入した位置で停止し、制御部３１からの指令信号によりポンプ駆動機構３４が作動して前記第１のポンプから溶液１０がチューブ２３内に排出される。溶液１０を排出する前記第１のポンプとしては様々な形態が可能であるが、例えば、コンプレッサー等により溶液１０を貯留した注射器状の物品のプランジャを加圧するものでもよく、また、ソレノイド等を用いて前記プランジャを往復動させて溶液１０を排出してもよい。なお、排出される溶液１０を貯留しておく前記溶液タンクに溶液１０を補充する機構を設けてもよい。試料２０及び切断片３８，３９がマイクロ流路９内に排出されると、制御部３１からの指令信号によりポンプ駆動機構３４が作動して前記第１のポンプからの溶液１０の排出を停止すると共に、前記第２のポンプから溶液１０がマイクロ流路９内に排出される。なお、前述したとおり、前記第２のポンプからオイルや空気を排出してもよい。また、制御部３１からは、採取針駆動機構２に対しても指令信号が送られ、採取針駆動機構２が作動して採取針１が上昇し、初期位置で停止する。試料２０及び切断片３８，３９が流路出口３３から排出されると、制御部３１からポンプ駆動機構３４に対して指令信号が送られ、前記第２のポンプからの溶液１０の排出が停止され、試料２０を１回採取する工程が終了する。なお、マイクロ流路９の長さに対応する所定時間だけ溶液１０を排出して溶液１０の排出を終了させてもよい。操作手段２７により採取部位を複数指定し、連続して採取を行うように設定した場合には、試料２０及び切断片３８，３９が流路出口３３から排出され、制御部３１からの指令信号により収納部駆動機構１６が作動し、次の試料２０を収納する反応チャンバー３７が流路出口３３に対向する位置に配置され、２回目以降の試料２０の採取が繰り返される。
採取針駆動機構２は、所定の範囲内で往復運動し停止位置が決まっている。標本保持台駆動機構４の移動範囲は、採取針駆動機構２や収納部駆動機構１６の移動範囲より狭く、生体標本３における試料２０の採取部位を正確にＺ軸上に配置する必要があり、ステッピングモーターによる移動距離の精度を高めるため細かいステップ角度が必要である。収納部駆動機構１６は広い範囲を移動する必要があると共に、隣接する反応チャンバー３７間を移動する際には移動距離が短くなる。したがって、各駆動機構は、それぞれステップ角度の異なるステッピングモーターを使用してもよいし、ステップ角度が同一のステッピングモーターを使用して、入力するパルス数を設定して各駆動機構の移動距離と移動速度を調節すればよい。なお、採取針１、枠部材５、タイタープレート１５は、その一部又は全部を手動で移動させてもよい。
本発明のシステムを用いて反応チャンバー３７に採取された被験試料２０中の核酸、タンパク質、その他の生体成分を定性若しくは定量分析又はこれらの成分の被験試料２０中の遺伝子発現を解析できる。これらの分析又は解析のために、例えば、反応チャンバー３７中の試料２０を破砕し、被験物質を抽出し、各種の分析方法又は解析方法を用いることにより実施することができる。また、これらの分析又は解析のために自動分析又は自動解析装置を組み合わせることにより、自動的に分析又は解析できる。自動分析又は自動解析を行うことにより、多数の被験試料を迅速に分析又は解析可能である。
試料２０の破砕は、例えば、反応チャンバー３７に試料２０を収容後、酵素や界面活性剤等を利用して細胞を破砕する。または直ちに凍結し保管することも出来る。凍結した状態でペッスル等を用いてホモジナイズし、破砕してもよく、又は、採取後の試料２０の変性を抑制する薬剤等を含む溶液中に試料２０を収容し、直ちにペッスル超音波照射によりホモジナイズし、試料２０を破砕してもよい。これらのホモジナイズされた試料２０より、被験化合物、核酸、ペプチド若しくはタンパク質又はそれらの断片等を抽出して、分析又は解析に使用できる。
生体試料２０中成分の定量又は定性分析等の分析又を被験試料２０中の核酸やタンパク質の発現の解析を行う方法としては、クロマトグラフィー分析、抗原抗体反応、ＲＴ−ＰＣＲ、ｃＤＮＡマイクロアレイ、全ゲノムシーケンシング、エクソームシーケンシング、ターゲットリシーケンシング、メチル化シーケンシング、ＣｈＩＰ・Ｓｅｑ、全ｃＤＮＡシーケンシングによる遺伝子発現解析、Ｓｍａｌｌ ＲＮＡ解析、ウェスタンブロッティング、ノーザンブロッティング、サザンブロッティング及びタンパク質チップ解析、質量分析等の方法が利用できる。
クロマトグラフィー分析としては、例えば、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）、ガス液体クロマトグラフィー（ＧＬＣ）、高性能薄層クロマトグラフィー（ＨＰＴＬＣ）、高速液体クロマトグラフィー−質量分析（ＬＣ−ＭＳ）及びガスクロマトグラフィー−マススペクトロメトリー（ＧＣ−ＭＳ）等が挙げられる。
抗原抗体反応を利用する分析又は解析方法としては、例えば、免疫組織染色（蛍光染色含む）、ＦＡＣＳ（フローサイトメトリー）、イムノブロット法、ドットブロット法、ＥＬＩＳＡ及びＲＩＡ等を用いることができる。
また、ＲＴ−ＰＣＲを用いることにより、被験試料２０中の核酸を分析又はその発現を解析できる。分析又は解析される核酸としては、ゲノムＤＮＡ、メッセンジャーＲＮＡ（ｍＲＮＡ）、非コードＲＮＡ（ｎｃＲＮＡ）、マイクロＲＮＡ、並びにそれらの断片などが含まれるが、これらに限定されない。ＲＴ−ＰＣＲとしては、通常のＲＴ−ＰＣＲ又はリアルタイムＲＴ−ＰＣＲでもよく、反応チャンバー３７中の被験試料２０を破砕し核酸を分離し、分離された核酸又は該核酸と同じ若しくは相補的な配列を有する、例えばｃＤＮＡ等の核酸をレジンやビーズ等の固相担体に固定化することにより、核酸ライブラリを作製することができる。この核酸ライブラリの核酸をリアルタイムＲＴ−ＰＣＲにより分析することによって、被験試料２０における1種以上の遺伝子発現状況を分析することが可能である。より詳細な情報を得る方法としてゲノム全シーケンシングあるいは全トランスクリプトーム（ｍＲＮＡ）シーケンシングを大容量ＤＮＡシーケンサーで行うこともできる。
また、ｃＤＮＡマイクロアレイ、エクソームシーケンシング、ターゲットリシーケンシング、メチル化シーケンシング、ウェスタンブロッティング、ノーザンブロッティング、サザンブロッティング及びプロテインチップ解析等を用いることにより、例えば、疾患の診断に関連するタンパク質や遺伝子の発現量やＳＮＰｓ等のバイオマーカー等を解析することができる。
これらの操作は、反応チャンバー３７に採取した試料２０を、前記試料調製システムに搬送し、この試料調製システムで行うこともできる。
なお、これらの被験試料２０の抽出又は分離方法、分析方法、解析方法、ｃＤＮＡライブラリの作製方法等は、当業者に周知の方法を使用して実施できる（国際公開公報ＷＯ２００６／１１２４００、同ＷＯ２００７／１３９２２４、同ＷＯ２０１３／１２５１４１、同ＷＯ２０１５／００８３２０、特開２００７−３１２０９８号公報）。
さらに、本発明のシステムを用いて反応チャンバー３７に採取した被験試料２０を用い、例えば、細胞膜上に存在する特定の受容体に対するアゴニスト又はアンタゴニストのスクリーニング、ペプチドのスクリーニング、レセプタースクリーニング及び癌細胞のスクリーニング等に使用できる。これらのスクリーニング方法を自動化することにより、ハイスループットスクリーニングが可能となる。これらのスクリーニングへの応用は、当業者に周知の方法を使用して実施できる（特開２０１０−２９１７８号公報）。
上記の分析又は解析により、例えば、被験試料２０を採取したヒト又は動物が罹患する疾患の診断、将来罹患又は発症する可能性のある疾患又はその確率の予測、各種疾患に対する予防又は治療薬のスクリーニング、動物及び植物標本中の１細胞毎の発現遺伝子の解析等に活用できるが、これらに限定されない。
以上のように、本実施形態の試料採取システムは、生体標本３から試料２０を採取する中空状の１又は複数の採取針１と、採取針１の内部に溶液１０を流入させるソレノイド８７と、を備え、溶液１０と共に試料２０を採取針１から排出させ、試料２０を回収することにより、溶液１０により採取した試料２０を採取針１から排出させることができ、かつ、その溶液１０により採取針１の内部を洗浄することができるため、１回の試料２０の採取後に採取針１を取り外して内部を洗浄する必要がなく、連続して試料２０の採取を行うことができる。そのため、多数の試料２０を採取する場合に採取時間を短縮することができる。
また、本実施形態の試料採取システムは、生体標本３を保持し、採取針１により切断及び貫通可能な保持シート７と、生体標本３を保持した保持シート７を保持する枠部材５と、枠部材５を載置する載置台８と、採取針１を試料２０の採取時に１軸方向に移動させる採取針駆動機構２と、枠部材５を前記１軸方向に対して直交する平面上を移動させる標本保持台駆動機構４と、を備え、採取針１が生体標本３を切断して試料２０を採取する構成とすることにより、生体標本３から試料２０を繰り返し迅速に採取することができる。
また、本実施形態の試料採取システムは、試料２０を収納するタイタープレート１５と、タイタープレート１５を前記１軸方向と直行する少なくとも１軸平面方向に移動させる収納部駆動機構１６と、を備え、タイタープレート１５が複数の反応チャンバー３７を備え、試料２０を反応チャンバー３７に収納する構成とすることにより採取した試料２０を反応チャンバー３７に分別して収納することができる。
また、本実施形態の試料採取システムは、試料２０が溶液１０と共に流動する１又は複数のマイクロ流路９を備え、試料２０をマイクロ流路９内の溶液１０の流れにより流動させる構成とすることにより、採取した試料２０を効率良く任意の場所へ搬送することができる。
また、本実施形態の試料採取システムは、マイクロ流路９が保持シート７の下方に設けられ、採取針１の先端部２１がマイクロ流路９の短手方向の幅内の上方に位置する構成とすることにより、採取針１の先端部２１から試料２０を排出することにより、試料２０をマイクロ流路９に確実に排出することができる。
また、本実施形態の試料採取システムは、採取針１の先端部２１がマイクロ流路９又はマイクロ流路９に連結する試料採取口１１に挿入可能である構成とすることにより、試料２０を採取針１からマイクロ流路９に確実に排出することができる。
また、本実施形態の試料採取システムは、試料２０を分析又は解析するための試料調製システムを備え、マイクロ流路９又は採取針１が試料調製システムと連通する構成とすることにより、試料２０を直接試料調製システムへ搬送することができる。
また、本実施形態の試料採取システムは、試料２０が採取針１の先端部２１から溶液１０と共に排出される構成とすることにより、試料２０を採取針１内から容易に排出することができる。
また、本実施形態の試料採取システムは、生体標本３を観察する倒立顕微鏡１３及びビデオカメラ３５を備え、生体標本３における試料２０を採取する部位を倒立顕微鏡１３及びビデオカメラ３５により得られたる画像情報に基づき指定する構成とすることにより、生体標本３を目視しながら試料２０の採取部位を容易に決定することができる。また、採取開始位置を指定して一定間隔で複数の採取部位から試料２０の採取を自動的に連続的に行うこともできる。
また、本実施形態の試料採取システムは、保持シート７には二次元座標上の位置を特定する基準点２８又は基準線２９が設けられ、基準点２８又は基準線２９に基づいて試料２０を採取する採取部位を特定する構成とすることにより、生体標本３における試料２０の採取部位を容易に特定することができる。具体的には、保持シート７に生体標本３を載置し、倒立顕微鏡１３及びビデオカメラ３５で観察することにより、採取部位を決定するが、ビデオ画像の位置は標本保持台駆動機構４の座標とリンクしており、画像上で採取部位を決定することができる。
また、本実施形態の試料採取システムは、保持シート７の二次元座標を枠部材５の二次元座標又は標本保持台駆動機構４の二次元座標に変換可能である構成とすることにより、保持シート７に対する試料２０の採取部位座標を枠部材５に対する試料２０の採取部位座標に容易に対応させることができる。さらに、保持シート７に位置マーカーを付与しておくことにより保持シート７の二次元座標を枠部材５の二次元座標又は標本保持台駆動機構４の二次元座標に変換可能である構成とすることができる。これにより、保持シート７に対する試料２０の採取部位座標を枠部材５に対する試料２０の採取部位座標に容易に対応させることができる。これは本試料採取システム以外の観察システムで生体標本３を観察し、採取部位を決定してその位置情報と共に生体標本３を本試料採取システムに装着して試料２０の採取を自動的に行うことを可能にする。
また、本実施形態の試料採取システムは、生体標本３が組織材料、細胞、細胞群、シート上に分散保持された細胞、シート上に分散保持された細胞群又はマイクロチャンバーアレーなどに捕獲された細胞群である構成とすることにより、組織材料、細胞、細胞群、シート上に分散保持された細胞又はシート上に分散保持された細胞群から試料２０を繰り返し迅速に採取することができる。
また、本実施形態の試料採取システムは、生体標本３が組織切片又は細胞から選択される構成とすることにより、組織切片又は細胞を試料２０として採取することができる。
また、本実施形態の試料採取システムは、採取針１の先端部２１は筒状の形状を有する構成とすることにより、生体標本３を容易に切断・貫通することができる。
また、本実施形態の試料採取システムは、採取針１が金属、ガラス、ガラス表面に高分子被膜を形成した部材、又は、高分子部材から形成されている構成とすることにより、生体標本３を容易に切断し貫通することができる。
図６は、本発明の実施例２を模式的に示したものであり、上記実施例１と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述する。本実施例は、マイクロ流路９の流路入口３２に極細管である第１のキャピラリー管４１を接続し、流路出口３３に同じく極細管である第２のキャピラリー管４２を接続した構成を有するものである。第１のキャピラリー管４１には、前記第２のポンプが接続され、ポンプ駆動機構３４により所定の時間、所定の量の溶液１０を第１のキャピラリー管４１内に排出可能である。なお、この第２のポンプは第１のキャピラリー管４１内、マイクロ流路９内及び第２のキャピラリー管４２内に残留する溶液１０を吸込可能である。第２のキャピラリー管４２の先端は、反応チャンバー３７に近接して配置され、試料２０が確実に反応チャンバー３７内に排出される。また、第２のキャピラリー管４２を前記試料調製システムに接続し、試料２０を前記試料調製システムに搬送してもよい。なお、前記第２のポンプからオイル又は空気を排出し、試料２０及び切断片３８，３９と溶液１０をタイタープレート１５に搬送してもよい。
第１のキャピラリー管４１及び第２のキャピラリー管４２は、可撓性を有する合成樹脂により形成されている。なお、ガラス製のキャピラリー管を用いてもよい。
本実施例では、試料２０及び切断片３８，３９が針内流路２２からマイクロ流路９内に排出されると、制御部３１からの指令信号によりポンプ駆動機構３４が作動し、前記第２のポンプにより溶液１０が第１のキャピラリー管４１内に排出される。試料２０及び切断片３８，３９は、マイクロ流路９内及び第２のキャピラリー管４２内を溶液１０と共に流動し反応チャンバー３７に排出される。
図７は、本発明の実施例３を模式的に示したものであり、上記実施例１，２と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述する。本実施例は、採取針１の他端側に極細管である第３のキャピラリー管４６を接続し、流路入口３２と試料採取口１１とを接続し、流路出口３３に第２のキャピラリー管４２を接続した構成を有するものである。第３のキャピラリー管４６には、前記第１のポンプが接続され、所定の時間、所定の量の溶液１０を第３のキャピラリー管４６内に排出可能である。この第１のポンプは第３のキャピラリー管４６内及び針内流路２２内に残留する溶液１０を吸込可能である。第３のキャピラリー管４６は、可撓性を有する合成樹脂により形成され、採取針駆動機構２が移動した場合であっても、第３のキャピラリー管４６が採取針駆動機構２の移動に対応して変形し、第３のキャピラリー管４６が前記第１のポンプから容易に外れることを防止する。
本実施例では、採取針１が試料２０を採取し、先端部２１が試料採取口１１に挿入した位置で停止すると、制御部３１からの指令信号によりポンプ駆動機構３４が作動し、前記第１のポンプによって第３のキャピラリー管４６内に溶液１０が排出され、溶液１０が針内流路２２を流動し、試料２０及び切断片３８，３９が溶液１０と共にマイクロ流路９内に排出される。その後も継続して溶液１０が排出され、試料２０及び切断片３８，３９がマイクロ流路９内及び第２のキャピラリー管４２内を流動して反応チャンバー３７に排出される。試料２０及び切断片３８，３９が反応チャンバー３７へ排出されると制御部３１からの指令信号によりポンプ駆動機構３４が停止し、溶液１０の排出が停止する。したがって、採取針１は試料２０及び切断片３８，３９が針内流路２２から排出された後も上昇せず、試料２０及び切断片３８，３９が反応チャンバー３７へ排出され、制御部３１からの指令信号により採取針駆動機構２が作動して上昇し初期位置に戻る。
採取針１は、保持シート７を貫通した後試料採取口１１に挿入されて停止する。したがって、針内流路２２はマイクロ流路９と連接した状態となり、針内流路２２がマイクロ流路９の一部を構成する。
なお、第２のキャピラリー管４２を前記試料調製システムに接続し、試料２０を前記試料調製システムに搬送してもよい。
本実施例では、溶液２０が針内流路２２を流れるため、針内流路２２内を溶液２０によって洗浄することができ、採取針１を取り外して洗浄する時間と手間が不要となる。
以上のように、本実施形態の試料採取システムは、採取針１がマイクロ流路９の一部を構成する構成とすることにより、採取針１内に溶液１０を流動させることができ、採取針１内を溶液１０により洗浄することができる。
図８は、本発明の実施例４を模式的に示したものであり、上記実施例１〜３と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述する。なお図８は、載置台８などを上方から見た状態を示している。本実施例は、マイクロ流路９を標本保持台駆動機構４の枠上に配置するものである。試料２０を回収時、マイクロ流路９に接続された試料採取口１１はＺ軸上に配置され、この状態を標本保持台駆動機構４の原点位置とする。試料２０を採取後、採取針１は原点位置に戻り下降して試料採取口１１に試料２０を排出する。
ここではマイクロ流路９を標本保持台駆動機構４内に配置したが、標本保持台駆動機構４上部にブリッジ状の流路台（図示せず）を配置し、この流路台内部にマイクロ流路９を配置すると共に、前記流路台上面に試料採取口１１を形成することも出来る。この場合には、必要に応じて前記流路台が移動し試料２０を試料採取口１１に排出し、マイクロ流路９を通じて試料２０の回収を可能とする。
操作手段２７により試料２０の採取部位の位置座標情報を入力すると、制御部３１からの指令信号により標本保持台駆動機構４が移動して採取部位がＺ軸上に配置される。標本保持台駆動機構４の移動が停止すると、制御部３１からの指令信号により採取針駆動機構２が作動し、採取針１が下降して試料２０及び切断片３８，３９を採取し、採取針１は上昇して初期位置に戻り停止する。採取針１の初期位置で停止すると、制御部３１からの指令信号により標本保持台駆動機構４が作動して原点位置に戻って停止する。標本保持台駆動機構４の移動が停止すると、制御部３１からの指令信号により採取針駆動機構２が作動し、採取針１が下降して先端部２１が試料採取口１１に挿入して停止する。採取針１が停止すると、制御部３１からの指令信号によりポンプ駆動機構３４が作動し前記第１のポンプからチューブ２３内に溶液１０が排出され試料２０及び切断片３８，３９が溶液１０と共に試料採取口１１からマイクロ流路９内に排出される。その後も継続して溶液１０が排出され、試料２０及び切断片３８，３９がマイクロ流路９内及び第２のキャピラリー管４２内を流動して反応チャンバー３７に排出される。試料２０及び切断片３８，３９の反応チャンバー３７へ排出すると制御部３１からの指令信号によりポンプ駆動機構３４が停止し、溶液１０の排出が停止する。
マイクロ流路９及び試料採取口１１を標本保持台駆動機構４内に配置することにより、生体標本３と倒立顕微鏡１３との間には載置台８のみが配置されることになる。載置台８、マイクロ流路９、試料採取口１１を形成する素材はそれぞれ相違するため、可視光がそれぞれの部材を通過する際の屈折率も相違する。そのため、マイクロ流路９や試料採取口１１が上下方向において生体標本３と重なる場合には、生体標本３と倒立顕微鏡１３との間に載置台８、マイクロ流路９及び試料採取口１１が配置されるため、生体標本３を観察する際に可視光の屈折により正確に観察できない虞がある。本実施例では、マイクロ流路９及び試料採取口１１を生体標本３の上方に配置し、生体標本３と倒立顕微鏡１３との間には載置台８のみが配置するため、生体標本３を正確に観察することができる。
なお、本実施例においてマイクロ流路９は、標本保持台駆動機構４の内部に固定されるが、マイクロ流路９を標本保持台駆動機構４に取り付けず、標本保持台４に取り付けたり、あるいは標本保持台駆動機構４とは別の駆動機構（図示せず）に一体に設け、採取針１から試料２０を排出する際に試料採取口１１がＺ軸上に移動して試料２０を試料採取口１１に排出可能とし、試料２０を採取するために採取針１が下降する際にはマイクロ流路９を移動させて採取針１がマイクロ流路９に接触しないようにしてもよい。この場合、マイクロ流路９は試料採取口１１がＺ軸上に配置される位置と、採取針１に接触しない位置の２箇所を往復移動すればよいので、ステッピングモーターなどにより位置を精密に制御する必要がなく、前記駆動機構は安価なものとすることができる。また、第２のキャピラリー管４２を前記試料調製システムに接続し、試料２０を前記試料調製システムに搬送してもよい。また、本実施例の針内流路２２は上記実施例３と同様に、マイクロ流路９の一部を構成する。本実施例では、載置台８に試料採取口１１を設ける必要がないため、枠部材５の替わりに市販のシャーレを用い、そのシャーレに保持シート７及び生体標本３を載置してもよい。この場合には採取針１は保持シート７の中間位置で停止するように設定することが望ましい。試料２０は、カバーフィルム６を介して保持シート７上に載置することで、採取針１が試料２０及びカバーフィルム６を貫通し、これらを採取針１中に保持することができる。
以上のように、本実施形態の試料採取システムは、保持シート７を取り付ける枠部材５を備え、マイクロ流路９が枠部材５又は載置台８に設けられ、マイクロ流路９と連通する１又は複数の試料採取口１１が形成され、試料採取口１１が保持シート７の下方に配置される構成とすることにより、生体試料３を下方から観察する際にマイクロ流路９が観察の妨げとならない。
また、本実施形態の試料採取システムは、マイクロ流路９が載置台８の上方に設けられる構成とすることにより、載置台８の下方の空間を有効に活用することができる。
本実施例は、試料２０の回収を採取針１の先端からではなく、別の部位から行う例である。図９Ａ及び図９Ｂは、本発明の実施例５を模式的に示したものであり、上記実施例１〜４と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述する。同図において、１９は採取針１の先端部２１を覆うカバー部材であり、このカバー部材１９は有底筒形状を有し、上端部には採取針１及び採取針駆動機構２に水密に取り付けられる取付部５１が形成される。カバー部材１９の下端部５２は開閉可能であり、下端部５２が開口すると採取針１がこの開口から下方に突出するように移動可能である。取付部５１の内径面５３は採取針１に当接し、取付部５１の上端面５４は採取針駆動機構２に当接する。また、カバー部材１９の上部側面にはカバー部材１９内に溶液１０を注入する注入管５５が取り付けられる。採取針１の他端側に取り付けられたチューブ２３には、第３のキャピラリー管４６が取り付けられ、この第３のキャピラリー管４６から試料２０を収納部１５や前記試料調製システムなどに搬送可能である。カバー部材１９は１軸又は２軸方向に移動し、採取針駆動機構２に着脱可能に設けられ、採取針１が試料２０などを採取後に採取針１の下方から採取針駆動機構２に取り付けられ、試料２０などが収納部１５などに排出された後に採取針駆動機構２から外す構造としてもよい。この場合は、カバー部材１９の下端部５２は開閉可能な構造ではなく、カバー部材は閉じられた構造でよい。
本実施例の試料２０の採取について説明すると、カバー部材１９の下端部５２が開口すると、採取針１の先端部２１がこの開口から下方に突出する。その後、採取針駆動機構２と共に採取針１が下降して試料２０を採取する。採取針１及び採取針駆動機構２が上昇して初期位置に停止すると採取針１の先端部２１がカバー部材１９内に収納され下端部５２が閉口する。その後、注入管５５から溶液１０がカバー部材１９内に注入され、溶液１０が採取針１の内部である針内流路２２に流入し、溶液１０の注入圧により試料２０が針内流路２２、チューブ２３、第３のキャピラリー管４６内を流動して収納部１５などに排出される。本実施例では、載置台８にマイクロ流路９を設ける必要がないため、載置台８の下方の空間を有効に活用することができる。また、溶液１０により採取針１の内部及び外部を洗浄することができる。さらに、溶液１０を逆流させて試料２０を回収してもよい。
以上のように、本実施形態の試料採取システムは、試料２０が採取針１の先端部２１とは異なる部位から溶液１０と共に排出される構成とすることにより、採取針１で採取する試料２０を任意の場所へ排出することができる。
図１０及び図１１は、本発明の実施例６を模式的に示したものであり、上記実施例１〜５と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述する。本実施例は図１０に示すとおり、試料２０を試料採取口１１から反応チャンバー３７に排出するか、又は、図１１に示すとおり、試料採取口１１の下端に第４のキャピラリー管６１を取り付け、試料２０を試料採取口１１から第４のキャピラリー管６１内を流動させて反応チャンバー３７に排出するものである。本実施例では、マイクロ流路９が不要であるため設けない。
本実施例では、タイタープレート１５が基台１２の下方に配置され、倒立顕微鏡１３を基台１２の下方に設置することができない。そのため、生体標本３における試料２０の採取部位は予め指定する必要がある。採取部位の指定は、生体標本３を前記顕微鏡で観察し、試料２０を採取する部位を指定する。操作手段２７により試料２０の採取部位を入力すると、制御部３１からの指令信号により収納部駆動機構１６が作動してタイタープレート１５が水平移動し、所定の反応チャンバー３７がＺ軸上に配置されてタイタープレート１５の移動が停止する。なお、試料採取口１１に第４のキャピラリー管６１を取り付けた場合には、第４のキャピラリー管６１の下端に対向する位置に反応チャンバー３７が配置される。タイタープレート１５の移動が停止すると、制御部３１からの指令信号により採取針駆動機構２が作動し、採取針１が下降してカバーフィルム６、生体標本３及び保持シート７を切断し貫通する。採取針１は、保持シート７を貫通した状態で停止する。採取針１が停止すると、制御部３１からの指令信号によりポンプ駆動機構３４が作動し、前記第１のポンプにより針内流路２２に溶液１０が排出され、採取した試料２０及び切断片３８，３９が反応チャンバー３７内に排出される。試料２０及び切断片３８，３９を反応チャンバー３７内へ排出すると、制御部３１からの指令信号により採取針駆動機構２が作動し、採取針１が上昇して初期位置に戻り停止する。なお、第４のキャピラリー管６１を前記試料調製システムに接続し、試料２０を前記試料調製システムに搬送してもよい。
試料２０の採取部位が複数指定され、連続して採取を行う場合には、採取針１が初期位置に停止後、収納部駆動機構１６が作動してタイタープレート１５が水平移動し、次に採取する試料２０を収納する反応チャンバー３７がＺ軸上に配置されてタイタープレート１５の移動が停止する。
本実施例においては、タイタープレート１５に代えて透光性を有する薄いプレートに小さな採取用のセルが形成された回収ホルダー（図示せず）を使用することもできる。この回収ホルダーを載置台８の下方に配置し、試料２０などを前記回収ホルダーに排出する。この場合、倒立顕微鏡１３を基台１２の下方に設置可能となり、生体標本３を載置台８に載置した後に試料２０の採取部位を倒立顕微鏡１３により観察して指定することができる。
前記回収ホルダーは、厚さが５ｍｍのアクリル製のプレートで、タイタープレート１５と同じピッチでセルが形成される。前記セルは、径が０．３ｍｍ〜３．０ｍｍの円錐形状を有し、予めバッファー液を２μｌほど入れておいてもよい。試料２０の採取部位を決定するときには画像を見易いように前記セルの位置をずらして観察すればよい。採取部位が決定したら順次試料２０を切断採取して前記回収ホルダーのセルに排出する。その後、前記回収ホルダーに排出される試料２０をタイタープレート１５に移せばよい。
図１２は、本発明の実施例７を模式的に示したものであり、上記実施例１〜６と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述する。本実施例は、タイタープレート１５が採取針１の下方に移動し、採取した試料２０が採取針１から反応チャンバー３７に排出されるものである。タイタープレート１５及び収納部駆動機構１６は、採取針１及び採取針駆動機構２の移動を妨げない位置である待機位置に停止される。本実施例では、採取した試料２０は、採取針１の先端部２１からタイタープレート１５に排出されるため、マイクロ流路９は不要であり設けない。本実施例では、載置台８に試料採取口１１を設ける必要がないため、枠部材５の替わりに市販のシャーレを用い、そのシャーレに保持シート７及び生体標本３を載置してもよい。この場合、保持シート７を貫通させると採取針１の先端部２１が前記シャーレと衝突し、損傷する虞があるため、保持シート７の中間位置で採取針１が停止するように調整する。また、生体標本３をカバーフィルム６と共に保持シート７に載置するときにカバーフィルム６が下になるように載置するとカバーフィルム６は確実に貫通されるので試料２０の採取には都合が良い。
生体標本３における採取部位を指定し、操作手段２７により試料２０の採取指示を与えると、採取針１が下降して試料２０及び切断片３８，３９を採取する。採取針１が上昇し、初期位置で停止すると、収納部駆動機構１６が作動してタイタープレート１５が移動し、所定の反応チャンバー３７がＺ軸上に配置されタイタープレート１５の移動が停止する。停止後、採取針１が採取針駆動機構２により下降し、先端部２１が反応チャンバー３７の上方で停止し、あるいはチャンバー３７内に挿入されて停止する。採取針１が停止すると、前記第１のポンプにより針内流路２２に溶液１０が排出され、この溶液１０と共に試料２０及び切断片３８，３９が反応チャンバー３７に排出される。その後、採取針１が上昇して初期位置に停止し、収納部駆動機構１６が作動してタイタープレート１５が水平移動し、待機位置に停止する。試料２０の採取部位が複数指定され、連続して試料２０の採取が行われる場合には、採取した試料２０を反応チャンバー３７に排出している間に、保持体駆動機構４が作動して、次の採取部位が採取位置（Ｚ軸上）に配置される。なお、試料２０の採取を複数回繰り返す場合には、採取針１とタイタープレート１５を待機位置まで戻す必要はなく、両者が接触しない位置で停止させればよい。
この実施例の変形例として、採取針駆動機構２をＺ軸移動に加えてＸ軸移動させ、タイタープレート１５をＹ軸移動させてもよい。採取位置はＺ軸上に設定される。さらに、タイタープレート１５を固定し、採取針駆動機構２をＺ軸に加えてＸ軸、Ｙ軸方向へ移動可能としてもよい。この場合の移動精度はタイタープレート１５の反応チャンバー３７を識別できる程度の移動精度でよいので大きな動きを短時間で行うステッピングモーター（図示せず）を使用できる。この場合も採取位置はＺ軸上に設定され、この位置精度は十分に確保されるので実用上支障はない。すなわち、標本保持台駆動機構４を用いて生体標本３の採取部位を試料２０の採取位置まで精度良く移動する。ここは採取針１の位置精度を確保できる採取針移動機構２の初期位置である。この位置でＺ軸方向に採取針１を駆動して試料２０を採取する。採取試料２０を回収する場合に採取針駆動機構２をＸ軸あるいはＸ−Ｙ平面に沿って移動して回収してもよいし、タイタープレート１５の反応チャンバー３７をＺ軸上に移動して回収してもよい。採取針駆動機構２をＸ軸上あるいはＸ−Ｙ平面上を移動させる場合には生体標本３の観察の邪魔にならないような位置に移動して観察し、採取時にだけ採取針１が初期位置に戻るように設定することもできる。大きな採取針駆動機構２があると観察の邪魔になるので後述する実施例８のＬ字アーム６６使用し、このＬ字アーム６６を介して採取針１を保持することもできる。なお、採取針１を保持する機構の形状はＬ字型に限られず、任意の形状を採用することができる。また、タイタープレート１５の位置は載置台８の上方でも同じレベルでも下方でもよい。このように、採取針１による試料２０の採取後、採取針１とタイタープレート１５を相対的に移動させ、採取試料２０を溶液１０と共に反応チャンバー３７に回収する構成を有する場合がある。
また、本実施例の他の変形例として、前記第１のポンプの替わりに、後述する実施例９の液体流入機構としてのソレノイド８７、シリンジ８３及び貯留容器８８を使用して溶液１０を採取針１に流入させてもよい。ソレノイド８７、シリンジ８３及び貯留容器８８の使用方法は、実施例９に記載したとおりである。
以上のように、本実施形態の試料採取システムは、タイタープレート１５は枠部材５と独立に移動し、枠部材５よりも高速で移動可能である構成とすることにより、試料２０の採取から回収までの時間を短縮することができる。また、載置台８の下方の空間を有効に活用することができる。
また、本実施形態の試料採取システムは、採取針１を振動させる振動機構又は、採取針１を回転させる回転機構を備え、採取針１が振動可能又は回転可能に設けられる構成とすることにより、生体標本３を容易に切断・貫通することができる。
また、本実施形態の試料採取システムは、タイタープレート１５は枠部材５と独立に移動し、枠部材５よりも高速で移動可能である構成とすることにより、試料２０の採取から回収までの時間を短縮することができる。
図１３は、本発明の実施例８を模式的に示したものであり、上記実施例１〜７と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述する。本実施例は、光学顕微鏡６８及びビデオカメラ３５を標本保持台駆動機構４の上方に設け、生体標本３を上方から観察する構成とするものである。そのため、採取針駆動機構２はＬ字アーム６６を備え、生体標本３の観察の妨げとならないようにＺ軸からずれた位置に配置される。また、採取針１はＬ字アーム６６の先端に針補強具２４を介して取り付けられている。また、生体標本３観察時にはＬ字アーム６６がＺ軸と直角方向に移動したり、Ｚ軸の周りに回転したりして採取針１を観察の邪魔にならない配置とすることができる。また、採取位置とずれたところに基準位置を設けここに採取部位を合わせたのちに基準位置から採取位置までの距離だけ標本保持台駆動機構４を移動して採取位置に採取部位を配置することもできる。なお、生体標本３の観察の妨げとならなければ、採取針１を採取針駆動機構２に取り付ける機構の形状は特に限定されない。
本実施例においては、実体顕微鏡６７、正立顕微鏡６８又は倒立顕微鏡１３により生体標本３を上方から観察してもよく、観察する際に採取針１が観察を妨げない位置に停止し、試料２０の採取位置を指定して操作手段２７により採取部位を指示すると、採取針１の水平部６７が突出し、垂直部６８がＺ軸上に配置される。その後の試料２０の採取工程は、上述した実施例１と同様である。なお、流路出口３３を前記試料調製システムに接続し、試料２０を前記試料調製システムに搬送してもよい。
以上のように、本実施形態の試料採取システムは、採取針１が前記１軸方向と直交する方向に移動可能である構成とすることにより、採取針１を任意の位置に配置することができる。
また、本実施形態の試料採取システムは、採取針１が前記１軸と平行な軸を中心として回動可能である構成とすることにより、採取針１を回動させて任意の位置に配置することができる。採取針１を回動させて反応チャンバー３７の上方で停止させ、試料２０を排出して回収することもできる。
図１４は、本発明の実施例９を模式的に示したものであり、上記実施例１〜８と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述する。本実施例は、生体標本３を載置する容器としてのシャーレ７１を使用したものである。シャーレ７１は、透光性を有するガラスや合成樹脂により形成されている。シャーレ７１の底面には、図５に示す保持シート７と同様に、採取部位の位置座標を特定するための二次元座標を設けてもよく、保持シート７又はシャーレ７１のいずれか一方に位置座標を設けておけばよい。なお、シャーレ７１は、市販されている通常のものを使用することができる。
シャーレ７１は、標本保持台としてのシャーレ保持台７２に載置される。シャーレ保持台７２には、シャーレ７１を載置する載置溝７３が形成されており、シャーレ７１をこの載置溝７３に載置し、固定ピン７４によりシャーレ７１を固定する。載置溝７３の底部７５の中心部にはシャーレ保持台７２を貫通する底孔７６が形成されている。シャーレ７１を載置溝７３に載置する際は、必要に応じて底部７５の上面７７に保護シート７８を敷いてもよい。この保護シート７８は中心部に底孔７６よりも小径のシート孔７９が形成されている。シャーレ７１には、保持シート７を載置し、その上に生体標本３を載置する。また、必要に応じて生体標本３をカバーフィルム６で覆い、カバーフィルム６と保持シート７により挟持する。あるいはカバーフィルム６を介して保持シート７上に載置する。カバーフィルム６は貫通するが保持シートの中間で採取針１の先端部２１が停止するように設定することで採取針１の先端部２１を傷めることなく試料２０を採取することが可能となる。
シャーレ保持台７２は、標本保持台駆動機構８０の上面に固定されており、標本保持台駆動機構８０によりＸ−Ｙ平面上を移動可能となっている。標本保持台駆動機構８０には、底孔７６よりも大径の貫通孔であるシート孔７９が形成されている。本実施例はマイクロ流路９を使用しないため、載置台８は設けられていない。したがって、底孔７６、シート孔７９、シート孔７９により倒立顕微鏡１３により下方からシャーレ７１を観察することができ、シャーレ７１及び保持シート７が透光性を有するため、倒立顕微鏡１３により生体標本３を観察することができる。
本実施例のタイタープレート１５は、収納部保持台８２に移動しないように載置される。本実施例では収納部駆動機構１６を設けていないため、収納部保持台８２は移動しないが、タイタープレート１５を収納部保持台８２ではなく収納部駆動機構１６に載置し、移動可能としてもよい。
本実施例では、採取針１の針内流路２２に溶液１０を流入させるために針を有しないシリンジ８３を用いている。シリンジ８３のバレル８４には溶液１０が貯留されており、プランジャ８５を押圧することにより注射器７８の先端部である注出部８６から溶液１０が注出される。注出部８６には第３のキャピラリー管４６が接続されており、シリンジ８３から注出された溶液１０は第３のキャピラリー管４６内を流動し針内流路２２に流入する。プランジャ８５は、プランジャ８５を上下させるソレノイド８７に接続されており、プランジャ８５が往復動することにより針内流路２２に溶液１０を流入させることや、針内流路２２内の採取した試料２０を吸引することができる。採取試料２０を排出するときにはソレノイド８７がプランジャ８５を下方に押圧し、溶液１０が採取針１の先端部２１から試料２０と共に排出される。溶液１０を１回排出した後は、採取針１の先端部２１から溶液１０が流れ出ることを防止するため、プランジャ８５は溶液１０の排出前の位置に戻される。これにより、針内流路２２内や第３のキャピラリー管４６内に残存した溶液１０がバレル８４内に戻される。溶液１０の排出量はプランジャ８５が下方に押されている時間で決定される。シリンジ８３（バレル８４及びプランジャ８５）、ソレノイド８７及び貯留容器８８が本発明の液体流入機構である。
試料２０の採取が連続して多数回行われる場合には、排出される溶液１０の量が増加し、バレル８４内の溶液１０が減少する。そのため、バレル８４内に溶液１０を補充するためにバレル８４の外側に溶液１０を貯留しておく貯留容器８８を設け、バレル８４の外壁に小さな孔８９を穿設し、貯留容器８８と貫通孔８９を連結し、貯留容器８８に貯留された溶液１０をバレル８４内に補給する構造となっている。図１４に示すように、針内流路２２内の試料２０を排出する前は、プランジャ８５のガスケット９０が供給孔８９よりも上方に位置している。この状態では、供給孔８９によりバレル８４と貯留容器８８が連通している。この位置から、ソレノイド８７によりプランジャ８５を下方に押圧していき、ガスケット９０の位置が供給孔８９を塞ぐ高さ以下となると、バレル８４内の溶液１０は貯留容器８８内の溶液１０と切り離される。さらにプランジャ８５を押し下げると、バレル８４内の溶液１０が第３のキャピラリー管４６及び針内流路２２を流動し、採取した試料２０と共に反応チャンバー３７に排出される。その後、プランジャ８５がソレノイド８７により上方に引き上げられ、針内流路２２内及び第３のキャピラリー管４６内に残存した溶液１０がバレル８４内に戻される。さらに、プランジャ８５引き上げられ、ガスケット９０が供給孔８９よりも上方に位置し、供給孔８９によりバレル８４と貯留容器８８が連通すると、貯留容器８８内の溶液１０がバレル８４内に流入する。プランジャ８５が図１４に示す初期位置に戻り停止すると、排出した溶液１０と同量の溶液１０が貯留容器８８からバレル８４内に供給される。これにより採取を中断して溶液１０をバレル８４内に補給することなく非常に多数回の採取を連続して行うことができる。また、溶液１０の排出量はプランジャ８５を下方に押し下げている時間を変えることで調整できる。さらに、溶液流をコントロールする弁機構（図示せず）を用いてもよい。
連続して採取する回数が少ない等、貯留容器８８を使用しない場合には、供給孔８９が形成されていないシリンジ８３を使用する。この場合、試料２０の排出後にプランジャ８５を引き上げる量は、採取針１内及び第３のキャピラリー管４６内に残存した溶液１０がバレル８４内に戻される量に設定される。すなわち、プランジャ８５は初期位置から溶液１０の排出量分、下がった位置で停止する。
ここで、本実施例による試料２０の採取から回収までの一連の流れを説明する。まず、シャーレ７１に保持シート７を敷き、その保持シート７の上に生体標本３を載置する。本実施例ではカバーフィルム６を使用していないが、この時、必要に応じてカバーフィルム６で生体標本３を覆ってもよい。次に、シャーレ７１をシャーレ保持台７２の載置溝７３に載置し、固定ピン７４をシャーレ７１に押し当ててシャーレ７１を載置溝７３内で片寄せし、移動しないように固定する。ここで、シャーレ７１のセットが完了する。次に、シャーレ７１の下方から倒立顕微鏡１３により観察される生体標本３の画像をモニター１４に表示し、この画像を確認しながら採取部位を指定し、操作手段２７により試料２０の採取を開始すると、採取部位が採取位置に配置されるように標本保持台駆動機構８０によりシャーレ保持台７２が移動する。そして、採取針駆動機構２により採取針１が下降し、生体標本３を切断し、試料２０を採取する。採取針１は生体標本３を完全に切断して試料２０を採取できればよく、保護シート７の上側の一部を切断する位置で停止させ、採取針１の先端部２１がシャーレ７１に衝突しないように採取針１の移動距離を設定すればよい。なお、生体標本３の内部に採取したい試料２０がある場合には、採取針１の先端部２１が生体標本３の内部で停止するように採取針１の移動距離を設定し、所望する試料２０を採取することもできる。この時、生体試料３は採取針１の先端部２１の内部の形状、すなわち、細い円柱状に切断されるが、この円柱の下端部分は切断されないため、採取針１を引き上げた時に採取針１の内部に試料２０が採取されない場合がある。そのような場合には、上述のように採取針１を振動又は回転させて、円柱の下端部分を切断し易くしてもよい。試料２０を採取した後、採取針１はタイタープレート１５の指定された反応チャンバー３７の上方まで移動して停止し、ソレノイド８７によりプランジャ８５が下方に押圧されバレル８４内の溶液１０が針内流路２２に流入し、試料２０が溶液１０と共に反応チャンバー３７内へ排出される。この時、溶液１０が針内流路２２を流動することにより採取針１の内部が洗浄されるため、採取針１を取り外して洗浄する必要がなく、連続して使用可能となる。採取針１に流入される溶液１０は、試料２０を排出し、採取針１の内部を洗浄可能な量、例えば、２〜３μｌに設定しておく。試料２０を排出した後、採取針１は初期位置に戻り停止する。
採取部位を複数指定し、連続して複数の試料２０を採取する場合には、採取針１が試料２０を採取し、採取針１が試料２０をタイタープレート１５に収容する動作を行っている間に次の採取部位が採取位置に配置されるようにシャーレ保持台７２が移動する。採取針１は、試料２０をタイタープレート１５に排出後、初期位置には戻らず、次の採取部位から試料２０を採取する動作を開始する。採取針１は、指定された全ての採取部位から試料２０を採取し、タイタープレート１５に排出した後、初期位置に戻って停止する。
次に、試料２０採取から回収までの一連の流れにおける電気的構成について、図４及び図１４を参照して説明する。操作手段２７により本試料採取システムの電源を入れ、生体標本３を載置したシャーレ７１をシャーレ保持台７２の載置溝７３にセットすると、制御部３１からの指令によりビデオカメラ３５が倒立顕微鏡１３より観察される映像を撮影しモニター１４に表示する。操作手段２７により所望の採取部位を入力すると、Ｚ軸を基準としてＺ軸から採取部位までの距離を用いて採取部位の位置情報が算出される。この位置情報に基づいた制御部３１からの指令信号により標本保持台駆動機構８０が作動し、採取部位がＺ軸上（採取位置）に配置される。なお、本実施例では、Ｚ軸を基準としたが、他の位置を基準として設定してもよい。このように基準を設定すれば、保持シート７及びシャーレ７１に位置座標を設ける必要はない。標本保持台駆動機構８０の作動が停止すると、制御部３１からの指令信号により採取針駆動機構２が作動し採取針１が下降する。なお、採取針１が初期位置から下降する距離は予め決めら記憶部３０に保存されている。採取針１は試料２０を採取後、予め設定され、記憶部３０に保存された反応チャンバー３７の位置情報を読み出し、制御部３１からの指令信号により採取針駆動機構２が作動し採取針１が読み出した反応チャンバー３７の上方に移動し停止する。その後、制御部３１からの指令信号によりソレノイド８７が作動してシリンジ８３から溶液１０が流出し、試料２０が針内流路２２内から反応チャンバー３７内に排出される。連続して試料２０を採取する場合には、採取針１が採取した試料２０を反応チャンバー３７へ収納する動作を行っている間に、制御部３１からの指令信号により標本保持台駆動機構８０が作動し、次の採取部位がＺ軸上（採取位置）に配置される。指定された全ての採取部位から試料２０が採取され、タイタープレート１５に排出されると、制御部３１からの指令信号により採取針駆動機構２が作動し採取針１は初期位置に戻る。
採取部位の指定は、例えば、最初の採取部位を指定し、そこからＸ軸方向、Ｙ軸方向に所定の間隔で指定した数の採取を行うように設定してもよい。この隣接する採取部位の間隔は等間隔でもよく不等間隔でもよい。このように設定することで、生体標本３の特定の範囲内から複数の試料２０を採取することができる。また、生体標本３が凍結している場合等、生体標本３を明瞭に観察することができず、個別に採取部位を指定することが困難な場合に所定の範囲内から試料２０を採取することができるため便利である。
以上のように、本実施形態の試料採取システムは、生体標本３を載置するシャーレ７１と、シャーレ７１を載置するシャーレ保持台７２と、採取後の試料２０を収納するタイタープレート１５と、を備えることにより、シャーレ７１に載置した生体標本３から試料２０を採取し、タイタープレート１５の反応チャンバー３７に収納することができる。また、生体標本３を載置する容器として市販のシャーレ７１が使用でき、採取した試料２０を収納する収納部として、市販のタイタープレート１５を使用することができる。
また、本実施形態の試料採取システムは、採取針１を移動させる採取針駆動機構２と、シャーレ保持台７２を移動させる標本保持台駆動機構８０と、を備えることにより、大きな移動を必要とする採取針１と微小な移動を必要とするシャーレ保持台７２の移動を異なる駆動系により行うことができ、試料２０の採取から回収までの時間を短縮することができる。上記本実施例では、生体標本３を切断し試料２０を採取したが、対象に応じて採取針１により吸引採取してもよい。
下の表１を参照しながら、Ａ社、Ｂ社、Ｃ社が販売する従来の試料採取装置と比較した本願発明に係る試料採取システムの優位性について説明する。Ａ社製品は、いわゆるレーザーマイクロダイセクション装置である。Ｂ社製品は、マイクロチャンバーを多数持つマイクロプレートに細胞を播種し、抗原抗体反応を利用して細胞を蛍光ラベルにより検出し、目的の細胞を吸引して回収する装置である。Ｃ社製品は、バキューム方式により1細胞・組織をピッキングする装置である。この製品は試料を採取後、採取ニードルを取り外し、試料を回収した後、新たな採取ニードルを取り付ける必要がある。
表１に示すとおり、Ａ社製品は、ニードルを使用しないことから、ニードルの交換は不要であるが、回収容器を１採取毎に行う必要があるため作業が煩雑であると共に、採取時間が非常に長いものであった。Ｂ社製品は、血球系の細胞のみに対応しており、生体標本から試料を回収することができないものであった。Ｃ社製品は、ニードル及び回収容器を１採取毎に交換する必要があるため採取作業が非常に煩雑であると共に、試料の採取時間も長いものであった。これらの製品と本願発明に係る試料採取システムを比較すると、本願発明に係る試料採取システムは、生細胞及び組織切片を採取可能であり、採取時間がＡ〜Ｃ社製品と比較して極めて短い。また、溶液１０により採取針１の内部である針内流路２２を洗浄するため、ニードル（採取針１）の交換が不要である。さらに、反応チャンバー３７が全て埋まるまでは、回収容器（タイタープレート１５）の交換は不要である。このように、本願発明は、従来のＡ〜Ｃ社製品と比較して、試料の回収に要する時間を短縮することができ、さらに、作業も非常に簡易である。
Figure 2017061387
以上のように、本実施例の試料採取システムは、生体標本３を載置するシャーレ７１と、シャーレ７１を載置するシャーレ保持台７２と、採取後の試料２０を収納するタイタープレート１５と、を備えることにより、シャーレ７１に載置した生体標本３から、採取した試料２０をタイタープレート１５に収納することができる。
また、本実施例の試料採取システムは、採取針１を移動させる採取針駆動機構２と、シャーレ保持台７２を移動させる標本保持台駆動機構４と、を備えることにより、採取針１とシャーレ保持台７２をそれぞれ独立して駆動させることができる。
また、本実施例の試料採取システムは、採取針１を振動させる振動機構又は、採取針１を回転させる回転機構を備え、採取針１が振動可能又は回転可能に設けられることにより、採取針１により生体標本３を切断し易くし、試料２０の採取を容易とすることができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施例では、採取針内に採取した試料を採取針の先端から排出する場合には、採取針内に所定量の溶液を流入後、空気を送り込んで風圧により試料を押し出してもよい。
１ 採取針
２ 採取針駆動機構
３ 生体標本
４ 標本保持台駆動機構
５ 枠部材（標本保持台）
６ カバーフィルム（保持体）
７ 保持シート（保持体）
８ 載置台
９ マイクロ流路（流路）
１０ 溶液（液体）
１１ 試料採取口
１３ 倒立顕微鏡（観察装置）
１５ タイタープレート（収納部）
１６ 収納部駆動機構
１８ キャピラリー管
１９ カバー部材
２０ 試料
２１ 先端部
２８ 基準点
２９ 基準線
３５ ビデオカメラ（観察装置）
３７ 反応チャンバー
７１ シャーレ（標本載置用容器）
７２ シャーレ保持台（標本保持台）
８３ シリンジ（液体流入機構）
８７ ソレノイド（液体流入機構）
８８ 貯留容器（液体流入機構）

Claims (25)

  1. 生体標本から試料を採取する中空状の１又は複数の採取針と、
    前記採取針の内部に液体を流入させる液体流入機構と、を備え、
    前記液体と共に前記試料を前記採取針から排出させ、前記試料を回収することを特徴とする試料採取システム。
  2. 前記生体標本を載置する標本載置用容器と、
    前記標本載置用容器を載置する標本保持台と、
    採取後の前記試料を収納する収納部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の試料採取システム。
  3. 前記採取針を移動させる採取針駆動機構と、前記標本保持台を移動させる標本保持台駆動機構と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の試料採取システム。
  4. 前記生体標本を保持し、前記採取針により切断及び貫通可能な保持体と、
    前記生体標本を保持した前記保持体を保持する標本保持台と、
    前記標本保持台を載置する載置台と、
    前記採取針を前記試料の採取時に１軸方向に移動させる採取針駆動機構と、
    前記標本保持台を前記１軸方向に対して直交する平面上を移動させる標本保持台駆動機構と、を備え、
    前記採取針が前記生体標本を切断して前記試料を採取する構成を有することを特徴とする請求項１に記載の試料採取システム。
  5. 前記試料を収納する収納部と、前記収納部を前記１軸方向と直行する少なくとも１軸方向に移動させる収納部駆動機構と、を備え、
    前記収納部が複数の反応チャンバーを備え、前記試料を前記反応チャンバーに収納する構成を有することを特徴とする請求項４に記載の試料採取システム。
  6. 前記試料が液体と共に流動する１又は複数の流路を備え、前記試料を前記流路内の液体の流れにより流動させる構成を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の試料採取システム。
  7. 前記採取針が前記流路の一部を構成することを特徴とする請求項６に記載の試料採取システム。
  8. 前記流路が前記保持体の下方に設けられ、前記採取針の先端部が前記流路の短手方向の幅内の上方に位置することを特徴とする請求項６又は７に記載の試料採取システム。
  9. 前記保持体を取り付ける標本保持台を備え、前記流路が前記標本保持台又は前記載置台に設けられ、前記流路と連通する１又は複数の試料採取口が形成され、前記試料採取口が前記保持体の下方に配置されることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の試料採取システム。
  10. 前記採取針の先端部が前記流路又は前記流路に連結する試料採取口に挿入可能であることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の試料採取システム。
  11. 前記流路が前記載置台の上方に設けられることを特徴とする請求項６又は７に記載の試料採取システム。
  12. 前記試料を分析又は解析するための試料調製システムを備え、前記流路又は前記採取針が前記試料調製システムと連通することを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１項に記載の試料採取システム。
  13. 前記試料が前記採取針の先端部から液体と共に排出されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の試料採取システム。
  14. 前記試料が前記採取針の先端部とは異なる部位から液体と共に排出されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の試料採取システム。
  15. 前記生体標本を観察する観察装置を備え、前記生体標本における前記試料を採取する部位を前記観察装置により得られる画像情報に基づき指定することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の試料採取システム。
  16. 前記採取針を振動させる振動機構又は、前記採取針を回転させる回転機構を備え、前記採取針が振動可能又は回転可能に設けられることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の試料採取システム。
  17. 前記収納部は前記標本保持台と独立して移動し、前記標本保持台よりも高速で移動可能であることを特徴とする請求項５に記載の試料採取システム。
  18. 前記保持体には二次元座標上の位置を特定する基準点又は基準線が設けられ、前記基準点又は前記基準線に基づいて前記試料を採取する採取部位を特定することを特徴とする請求項４〜１７のいずれか１項に記載の試料採取システム。
  19. 前記保持体の二次元座標を前記標本保持台の二次元座標又は前記標本保持台駆動機構の二次元座標に変換可能であることを特徴とする請求項４〜１５のいずれか１項に記載の試料採取システム。
  20. 前記採取針が前記１軸方向と直交する平面方向に移動可能であることを特徴とする請求項４〜１９のいずれか１項に記載の試料採取システム。
  21. 前記採取針が前記１軸と平行な軸を中心として回動可能であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の試料採取システム。
  22. 前記生体標本が組織材料、細胞、細胞群、シート上に分散保持された細胞、シート上に分散保持された細胞群又はマイクロチャンバーアレーなどに捕獲された細胞群であることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１項に記載の試料採取システム。
  23. 前記生体標本が組織切片又は細胞から選択されることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか１項に記載の試料採取システム。
  24. 前記採取針の先端部は筒状の形状を有することを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１項に記載の試料採取システム。
  25. 前記採取針が金属、ガラス、ガラス表面に高分子被膜を形成した部材、又は、高分子部材から形成されていることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか１項に記載の試料採取システム。
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