WO2016020989A1 - 対象物の保持装置 - Google Patents
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- WO2016020989A1 WO2016020989A1 PCT/JP2014/070633 JP2014070633W WO2016020989A1 WO 2016020989 A1 WO2016020989 A1 WO 2016020989A1 JP 2014070633 W JP2014070633 W JP 2014070633W WO 2016020989 A1 WO2016020989 A1 WO 2016020989A1
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- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
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- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
Definitions
- the present invention relates to an apparatus for holding an object such as a cell aggregate.
- Patent Document 1 discloses a holding device in which cells and beads for biological testing are held on a plate in which a plurality of through holes as the cell aggregate holding unit is formed.
- a cell suspension containing a large number of cell aggregates is discharged from the dispensing tip into a container for storing a cell culture solution that does not contain cell aggregates.
- the accommodation of the cell aggregate in the holding part on the plate depends exclusively on the natural sedimentation after the discharge. For this reason, there may be a problem that the cell aggregate is rapidly settled and deformed, or conversely, the sedimentation speed is too slow and it takes too much time to hold the cell aggregate in the holding part.
- An object of the present invention is to hold a target object that has been put into a container with a plate immersed in a liquid in the container, and to adjust the speed at which the target object is held by the plate. Is to provide.
- An object holding device is a container for storing a liquid, the container including an upper opening for allowing the object to be poured into the stored liquid, and a bottom wall, and the object And an input member that inputs the object to be held into the container through the upper opening, an upper surface and a lower surface, the upper surface is opposed to the upper opening, and the lower surface is the One or a plurality of holding parts that are immersed in the liquid in a state of being spaced apart from the bottom wall of the container, are arranged on the upper surface side and carry the object, and are formed at the arrangement positions of the holding parts.
- FIG. 1 is a side sectional view schematically showing an object holding device according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a perspective view of a container used in the holding device.
- FIG. 3 is a top view of a plate used in the holding device. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
- FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in which a cell aggregate (object) is carried by the plate.
- FIG. 6 is a view showing a state in which the cell aggregate is put into the container and the cell aggregate is sedimented toward the plate by the liquid flow in the holding device.
- FIG. 7 is a diagram showing a state in which the cell aggregate has settled on the plate.
- FIG. 1 is a side sectional view schematically showing an object holding device according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a perspective view of a container used in the holding device.
- FIG. 8 is a diagram showing a state in which the cell aggregates on the plate are dispersed by the liquid flow in the reverse direction.
- FIG. 9 is a block diagram schematically showing an object holding device according to the second embodiment of the present invention.
- FIG. 10 is a flowchart illustrating the operation of the holding device according to the second embodiment.
- FIG. 11 is a diagram showing an operation state of one step in the flowchart.
- FIG. 12 is a diagram showing an operation state of one step in the flowchart.
- FIG. 13 is a diagram showing an operation state of one step in the flowchart.
- FIG. 14 is a diagram showing an operation state of one step in the flowchart.
- FIG. 15 is a diagram showing an operation state of one step in the flowchart.
- FIG. 10 is a flowchart illustrating the operation of the holding device according to the second embodiment.
- FIG. 11 is a diagram showing an operation state of one step in the flowchart.
- FIG. 12 is a diagram showing an operation
- FIG. 16 is a diagram showing an operation state of one step in the flowchart.
- FIG. 17 is a diagram illustrating an operation state of the object holding device according to the comparative example.
- FIG. 18 is a diagram illustrating a tube used in the object holding device according to the third embodiment of the present invention.
- FIG. 19 is a flowchart showing the operation of the holding device according to the third embodiment.
- FIG. 20 is a block diagram schematically showing an object holding device according to the fourth embodiment of the present invention.
- FIG. 21 is a block diagram schematically showing an object holding device according to a fifth embodiment of the present invention.
- FIG. 22 is a diagram illustrating an example of piping for the container.
- FIG. 23 is a diagram illustrating another example of piping for the container.
- FIG. 24 is a diagram illustrating another example of pressure application to the container.
- the object is a cell derived from a living body, particularly a cell aggregate.
- a cell aggregate (spheroid) derived from a living body is formed by aggregation of several to several hundred thousand cells. Therefore, the size of the cell aggregate is various.
- Cell aggregates formed by living cells are almost spherical, but if some of the cells that make up the cell aggregates are altered or become dead cells, the shape of the cell aggregate is distorted, or The density may be non-uniform.
- a plurality of cell aggregates having various shapes are held by the holding device of this embodiment, and only the cell aggregates having a shape suitable for the test are selected. Is a preferred application of the present invention.
- the target is not limited to the cell aggregate, and may be a small electronic component or mechanical component, an organic or inorganic fragment, particle, pellet, or the like.
- FIG. 1 is a side sectional view schematically showing an object holding device D according to the first embodiment of the present invention.
- the holding device D includes a container 1 that stores the liquid L, a plate 2 that holds an object (cell aggregate C) in the liquid L, and a cell aggregate C that is loaded on the container 1 and then carried on the plate 2.
- a flow rate adjusting mechanism 3 that adjusts the speed until it is performed, an input member 4 that inputs the cell aggregate C into the container, and a control unit 5 that controls the operation of the flow rate adjusting mechanism 3 and the input member 4.
- 2 is a perspective view of the container 1
- FIG. 3 is a top view of the plate 2
- FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG.
- the container 1 has a cylindrical shape, and has a rectangular upper opening 1H on the upper surface side.
- the upper opening 1H is an opening for loading the cell aggregate C and picking up the selected cell aggregate C.
- the shape of the upper opening 1H is not particularly limited, and may be, for example, a circular upper opening 1H.
- the plate 2 is disposed below the upper opening 1H.
- the liquid L stored in the container 1 is not particularly limited as long as it does not deteriorate the properties of the cell aggregate, and can be appropriately selected depending on the type of the cell aggregate.
- the liquid L include basal medium, synthetic medium, eagle medium, RPMI medium, Fischer medium, ham medium, MCDB medium, medium such as serum (cell culture solution), glycerol added before freezing storage, cell banker ( Cell frozen solution such as Toji Field Co., Ltd.), formalin, reagent for fluorescent staining, antibody, purified water, physiological saline and the like.
- BxPC-3 human pancreatic adenocarcinoma cells
- RPMI-1640 medium 10% fetal bovine serum FBS (Fetal Bovine Serum)
- supplements such as antibiotics and sodium pyruvate may be used as necessary.
- the shape of the container 1 is not particularly limited, but here, from the viewpoint of operability and stability, the container 1 is exemplified as a flat cylindrical shape whose height is relatively wide compared to the width (diameter).
- the container 1 is preferably made of a translucent resin material or glass. Thereby, the cell clumps held on the plate 2 can be observed with a camera or the like disposed below the container 1.
- the container 1 includes a bottom wall 11, an outer peripheral wall 12, an inner peripheral wall 13 and a top wall 14.
- the bottom wall 11 is a flat disk member that partitions the bottom of the container 1.
- the outer peripheral wall 12 is a cylindrical member erected on the bottom wall 11.
- the inner peripheral wall 13 is a rectangular tube-shaped member disposed inside the outer peripheral wall 12.
- the top wall 14 is a plate member that covers a region other than the upper opening 1 ⁇ / b> H on the upper surface side of the container 1.
- the outer peripheral wall 12 includes an upper edge portion 121 provided continuously with the outer peripheral edge of the top wall 14 and a lower edge portion 122 provided continuously with the outer peripheral edge of the bottom wall 11.
- the inner peripheral wall 13 is inclined so that the opening area gradually decreases from the upper opening 1H toward the bottom wall 11.
- the upper end 131 of the inner peripheral wall 13 defines the upper opening 1H, and is connected to the inner peripheral edge of the top wall 14. That is, the upper end 131 of the inner peripheral wall 13 is connected to the upper edge 121 of the outer peripheral wall 12 via the top wall 14, and the inner peripheral wall 13 is supported by the outer peripheral wall 12.
- a lower end 132 of the inner peripheral wall 13 holds the outer peripheral edge of the plate 2.
- a work hole 141 made of a through hole in the vertical direction is formed in the top wall 14. Through this working hole 141, operations such as liquid L injection, chemical injection, or liquid L absorption into the cavity of the container 1 are performed. Furthermore, in this embodiment, the working hole 141 is also used as a pressure port for adjusting the pressure in the cavity. A pipe adapter 15 for attaching an air pipe 311 for venting air is assembled in the work hole 141.
- the plate 2 is a rectangular plate member having an upper surface 2U and a lower surface 2B.
- the plate 2 is held by the lower end 132 of the inner peripheral wall 13 with the lower surface 2B spaced from the bottom wall 11 of the container 1.
- the plate 2 is immersed in the liquid L in the container 1. That is, the liquid L is injected into the container 1 so that the upper surface 2U of the plate 2 is positioned below the liquid surface LT of the liquid L.
- the upper surface 2U faces the upper opening 1H.
- the plate 2 includes a plurality of holding portions 21 that are arranged on the upper surface 2U side and carry cell clumps, and through holes 22 that are formed at the arrangement positions of the holding portions 21 and penetrate linearly from the upper surface 2U to the lower surface 2B. ing.
- the rectangular holding portions 21 are arranged in a matrix in a top view.
- the top view shape of the holding portion 21 may be a round shape, a triangular shape, a pentagonal shape, a hexagonal shape, or the like, and these may be arranged in a honeycomb shape, a linear shape, or at random. Or it is good also as the plate 2 provided with only the one holding
- the plate 2 is preferably formed of a transparent member in order to enable imaging from the lower surface 2B side of the carried cell aggregate.
- the shape of the vertical section of the holding part 21 is a concave curved surface 211 (concave part) opened upward.
- the opening on the upper surface 2U side of the through hole 22 is disposed on the bottom surface (the deepest position) of the concave curved surface 211 of the holding portion 21.
- One holding portion 21 and the upper edge 212 of the holding portion 21 (concave surface 211) adjacent thereto are close to each other.
- the upper edge portion 212 is drawn so as to have a relatively wide width, but actually the upper edge portions 212 are adjacent to each other as shown in FIG.
- abut is a sharp convex part.
- a linear inclined wall surface and a stepped wall surface are set such that the opening area of the holding portion 21 decreases from the upper side to the lower side.
- maintenance part 21 which consists of a cylindrical shape and a rectangular tube shaped recessed part whose opening area is constant toward the downward direction from upper direction.
- the holding unit 21 is generally intended to accommodate one cell aggregate. However, a specified number of cell aggregates may be accommodated in one holding unit 21 or a cell aggregate of a specified amount (total volume or total area) may be accommodated.
- the size of the through-hole 22 is selected so that a cell aggregate of a desired size cannot pass through and a small cell aggregate or a contaminant other than the desired size can pass through.
- the distance between the lower surface 2 ⁇ / b> B of the plate 261 and the bottom wall 11 of the container 1 is selected to be high enough to deposit the impurities on the bottom wall 11.
- a surrounding area CA surrounded by the bottom wall 11, the outer peripheral wall 12, the inner peripheral wall 13, the top wall 14 and the plate 2 of the container 1 is formed.
- the surrounding area CA and the outside communicate with each other through the above-described work hole 141 and the through hole 22.
- the container 1 is pre-injected with the liquid L (a cell culture solution that does not include the cell aggregate C) through the work hole 141.
- the liquid L is a height at which the liquid level LT completely immerses the plate 2 and is lower than the top wall 14 (a height near the middle in the vertical direction of the inner peripheral wall 13). 1 is poured into the liquid.
- the flow rate adjusting mechanism 3 (flow rate regulating unit) is assembled in the middle of the air pipe 311 and performs a valve operation that can control the flow rate of air flowing through the air pipe 311 from zero (closed) to a predetermined flow rate.
- a pump member that generates an air flow in the air pipe 311.
- the air pipe 311 is a pipe having one end connected to the pipe adapter 15 (working hole 141) and the other end opened to the atmosphere.
- the pump member generates a forward and reverse air flow, that is, an air flow in a direction for sucking air in the closed space A and an air flow in a direction for discharging air to the closed space A to pressurize the closed space A. .
- the main function of the flow rate adjusting mechanism 3 is to generate a liquid flow LC (see FIG. 6) that passes through the through hole 22 at a flow rate controlled from the upper surface 2U side to the lower surface 2B side of the plate 2. is there. If specializing in this function, the function of the pump member can be omitted from the flow rate adjusting mechanism 3.
- the flow rate adjusting mechanism 3 is configured to draw the liquid LC by extracting the air in the closed space A through the air pipe 311 at a controlled flow rate after the cell aggregate C is charged into the container 1 by the input member 4. generate.
- the flow rate adjusting mechanism 3 adjusts the flow rate of the liquid flow LC, so that the sedimentation speed of the cell aggregate C, that is, the cell aggregate C is introduced from the upper opening 1H until it is carried on the holding portion 21 of the plate 2. Adjust the speed.
- the input member 4 is a member for holding the cell aggregate C and for introducing the held cell aggregate C into the container 1 through the upper opening 1H.
- the input member 4 includes a dispensing tip 41 (tip member) and a head 42 to which the dispensing tip 41 is attached at the lower end.
- the dispensing tip 41 is a conical cylinder whose cross-sectional area gradually decreases from the top to the bottom, and has an opening 41T for suction or discharge at the lower end thereof.
- the head 42 is a cylindrical member that extends in the vertical direction, and includes a mechanism that generates a suction force and a discharge force in the opening 41T.
- the head 42 When the head 42 generates a suction force, the cell suspension containing the cell aggregate C is sucked into the dispensing tip 41 from the opening 41T.
- the aspirated cell suspension can be held in the dispensing tip 41 (state shown in FIG. 1).
- the head 42 When the head 42 generates a discharge force in this state, the cell suspension containing the cell aggregate C is discharged from the opening 41T.
- the control unit 5 is composed of a microcomputer or the like, and controls the operations of the flow rate adjusting mechanism 3 and the input member 4 based on a predetermined program. Specifically, the control unit 5 controls the valve member of the flow rate adjusting mechanism 3 to adjust the flow rate when the air is extracted from the closed space A, thereby controlling the speed of the liquid flow LC. The control unit 5 controls the pump member of the flow rate adjusting mechanism 3 to control the air suction operation from the closed space A and the air feed operation to the closed space A. Further, the control unit 5 controls the head 42 of the input member 4 to suck the cell suspension into the dispensing tip 41, and the sucked cell suspension is discharged from the dispensing tip 41 with a predetermined discharge amount. Controls the discharge operation.
- FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a situation where the cell aggregate ejected from the dispensing tip 41 is carried on the plate 2.
- the operation of supporting the cell aggregate here is also an operation of selecting a desired cell aggregate from various cell aggregates and contaminants.
- a liquid L cell culture solution
- the height of the liquid surface LT of the liquid L is set to a height at which the plate 2 is completely immersed in the liquid L.
- the cell suspension containing the cell aggregate C to be selected and the inevitably mixed contaminants Cx through the upper opening 1H of the container 1 toward the liquid level LT on the plate 2 is dispensed into the dispensing tip 41. Injected from.
- FIG. 5 schematically shows two cell aggregates C1 and C2 and three impurities Cx1, Cx2, and Cx3.
- the multiple holding portions 21 included in the plate 2 have hemispherical cavities (concave curved surfaces 211) densely arranged, and the ridge lines (upper edge portions 212) separating the holding portions 21 are sharp. Accordingly, the cell aggregates C1 and C2 and the contaminants Cx1, Cx2, and Cx3 that settle are guided into the concave curved surface 211 of any one of the holding portions 21 without staying in the vicinity of the upper edge portion 212.
- the cell clumps C1 and C2 having a predetermined size cannot pass through the through hole 22. Accordingly, these cell aggregates C1 and C2 are carried on the introduced holding unit 21.
- the contaminant Cx is generally much smaller than the cell aggregate C and can pass through the through hole 22. For this reason, the foreign substance Cx guided into the concave curved surface 211 passes through the through hole 22 and falls onto the bottom wall 11 of the container 1. In FIG. 5, the contaminant Cx ⁇ b> 1 is passing through the through hole 22, and the contaminants Cx ⁇ b> 2 and Cx ⁇ b> 3 are dropped on the bottom wall 11.
- the cell aggregates C1 and C2 to be selected are trapped by the holding unit 21 of the plate 2, and unnecessary impurities Cx1, Cx2, and Cx3 are collected on the bottom wall 11 of the container 1.
- the cell sorting operation as described above may be executed only once, or may be repeated a plurality of times as necessary.
- an image of the plate 2 carrying the cell aggregate C is taken by a camera disposed below the container 1.
- the acquired image is analyzed, and the holding unit 21 in the holding unit 21 group arranged in matrix in n columns and m rows as shown in FIG. .
- a cylinder chip is mounted, and a head that can move in the XYZ directions is prepared.
- the head is arranged on the upper opening 1H, and the operation of the head is controlled so that the cylinder tip approaches the target holding unit 21 based on the coordinate information.
- the cell aggregate C carried on the holding portion 21 is sucked by the cylinder chip.
- the sucked cell aggregate C is transported to other petri dishes and well plates by the head and discharged to these.
- the storage of the cell aggregate C in the holding unit 21 of the plate 2 depends on the natural sedimentation of the cell aggregate C after being discharged from the dispensing tip 41. In addition, it is affected by the liquid flow accompanying the discharge of the cell suspension from the dispensing tip 41. Furthermore, the influence of the liquid flow flowing through the through-hole 22 generated by the discharge of the cell suspension also affects the accommodation of the cell aggregate C in the holding unit 21. When the liquid flow is rapid, the sedimentation rate of the cell aggregate C is increased, and the cell aggregate C collides with the sharp upper edge 212 of the plate 2 or is sucked into the through hole 22. It may occur that the cell aggregate C is damaged.
- the flow rate adjusting mechanism 3 adjusts the speed from when the cell aggregate C is put into the liquid L until it is carried by the holding unit 21.
- FIG. 6 shows a state after the cell aggregate C held in the dispensing tip 41 is put into the upper opening 1H from the opening 41T together with the cell suspension from the state of FIG.
- the control unit 5 controls the flow rate adjusting mechanism 3 so that the air pipe 311 is closed, that is, the pipe adapter 15 that is a pressure port is in a “closed” state. For this reason, the air in the closed space A has no escape.
- the liquid surface inside the inner peripheral wall 13 in the container 1 and above the plate 2 (hereinafter referred to as the upper liquid layer LS) is equivalent to the amount of the cell suspension containing the cell aggregate C.
- LT rises to the upper level LT1.
- the cell aggregate C is floating in the upper liquid layer LS.
- the liquid level LT of the liquid L facing the closed space A is immobile. This is because the upper liquid layer LS and the liquid L in the surrounding area CA communicate with each other through the through hole 22 but air cannot escape from the closed space A.
- the control unit 5 controls the flow rate adjusting mechanism 3 so that the air pipe 311 has a predetermined opening so that air can pass therethrough. That is, the piping adapter 15 that is the pressure port is changed to the “open” state.
- the opening degree of the air pipe 311 is determined according to the specific gravity and properties of the cell aggregate C.
- the pressure port is opened, the volume of the closed space A can be changed. That is, the height difference (pressure difference) between the liquid level height (LT) of the upper liquid layer LS and the liquid level height (LT1) of the liquid L in the surrounding area CA is corrected.
- the liquid level LT rises as shown by arrow a1.
- the air in the closed space A escapes to the outside through the air pipe 311 as indicated by an arrow a2.
- a liquid flow LC that flows from the upper surface side to the lower surface side of the plate 2 is generated in the through hole 22. Due to the generation of the liquid flow LC, the liquid level of the upper liquid layer LS gradually decreases from the upper level LT1.
- the sedimentation rate of the cell aggregate C floating in the upper liquid layer LS greatly depends on the liquid flow LC. Naturally, the higher the speed of the liquid flow LC, the easier it is for the cell agglomerates C to be sucked into the through-holes 22 provided in each holding part 21, and the sedimentation speed becomes faster. Further, the speed of the liquid flow LC depends on the speed of extracting air from the closed space A. Therefore, by adjusting the opening degree of the air pipe 311 by the flow rate adjusting mechanism 3, the flow rate of the air flowing through the air pipe 311 in the direction of the arrow a2 is regulated, so that the speed of the liquid flow LC, and thus the sedimentation speed of the cell aggregate C is reduced. Can be controlled.
- the opening of the air pipe 311 may be reduced, and the speed of the liquid flow LC may be made relatively slow.
- the speed of the liquid flow LC may be made relatively high. In this manner, by adjusting the speed of the liquid flow LC, the cell aggregate C can be supported on the holding unit 21 at a desired sedimentation speed.
- FIG. 7 shows a state where the sedimentation of the cell aggregate C is completed and the cell aggregate C is supported on the plate 2 (holding portion 21).
- the liquid level of the upper liquid layer LS and the liquid level of the liquid L in the surrounding area CA are the same height. However, the liquid level of the liquid L reaches the increased level LT2 higher than the previous liquid level LT by the amount of the cell suspension containing the cell aggregate C being charged.
- a plurality of cell aggregates C may be accommodated in one holding unit 21.
- the cell aggregate C cannot be formed on the plate 2 almost uniformly by simply discharging the cell aggregate C from the dispensing tip 41 and sedimenting it with the aid of the liquid flow LC. Can occur.
- the holding device D of the present embodiment is provided with a function capable of dispersing the cell aggregate C once supported on the plate 2 in the upper liquid layer LS, assuming such an event.
- FIG. 8 is a diagram showing a state in which the cell aggregate C on the plate 2 is dispersed in the upper liquid layer LS by the liquid flow LCR in the reverse direction.
- the flow rate adjusting mechanism 3 includes a pump member that generates an air flow in the air pipe 311.
- the control unit 5 controls the flow rate adjusting mechanism 3 to cause the air pipe 311 to generate an air flow in the arrow a3 direction for a short period.
- This air flow enters the closed space A through the pipe adapter 15 and presses the liquid level LT that the closed space A faces (see arrow a4). Since the surrounding area CA is in a sealed state, the escape field of the pressing force indicated by the arrow a ⁇ b> 4 is only the through hole 22 of the plate 2.
- a reverse liquid flow LCR that flows from the lower surface side to the upper surface side of the plate 2 is generated in the through hole 22, contrary to the liquid flow LC described above.
- the cell aggregate C carried so as to overlap the holding part 21 soars upward (rises). Thereafter, the cell aggregate C spontaneously settles, but since the cell aggregate C is dispersed in the upper liquid layer LS, dispersibility to the plate 2 is improved.
- the period, speed, etc. for generating the reverse liquid flow LCR are appropriately determined according to the properties of the cell aggregate C.
- the reverse flow LCR is not limited in terms of its period and speed as long as the cell aggregate C can be temporarily moved up into the liquid L on the plate 2.
- the air pipe 311 is closed by the flow rate adjusting mechanism 3, and after the dispersion of the cell aggregate C in the upper liquid layer LS proceeds, the air pipe 311 as described above.
- the liquid flow LC may be generated again by adjusting the opening degree.
- the dispersion state of the cell aggregate C on the plate 2 can be determined by the control unit 5 based on the image of the plate 2 carrying the cell aggregate C acquired by the camera described above.
- FIG. 9 is a block diagram schematically showing an object holding device D1 according to the second embodiment of the present invention.
- the holding device D1 of the second embodiment is a specific example of an apparatus having a configuration in which the cell aggregate C is sucked by the dispensing tip 41 and discharged into the container 1 similar to the first embodiment.
- the holding device D1 includes a container 1, a plate 2, a flow rate adjusting mechanism 3, a tube 10, a feeding member 4A, a control unit 51, a head unit 61, and a ball screw device 6M.
- the tube 10 is a container having an upper surface opening that accommodates the cell suspension Lx containing the cell aggregate C. A part of the cell suspension Lx stored in the tube 10 is sucked by the input member 4 ⁇ / b> A and then discharged to the container 1.
- the feeding member 4A is mounted on the head unit 61 and includes a dispensing tip 41 (tip member) having an opening 41T at the lower end and a head 42A to which the dispensing tip 41 is attached at the lower end.
- a piston head 43 and a piston rod 44 and a drive unit 45 are provided as a mechanism for generating suction force and discharge force in the opening 41T.
- the head 42A is a cylindrical member extending in the vertical direction.
- the piston head 43 is disposed in the head 42A so as to be movable in the vertical direction.
- a seal member (not shown) is attached to the outer peripheral surface of the piston head 43 to ensure airtightness.
- the piston rod 44 is also accommodated in the head 42A, and the piston head 43 is attached to the lower end thereof.
- the drive unit 45 is assembled in the head unit 61, includes a drive motor and a drive transmission mechanism, and moves the piston head 43 in the vertical direction. Further, the drive unit 45 drives the head 42 ⁇ / b> A itself so as to move in the vertical direction with respect to the head unit 61.
- the opening 41T of the dispensing tip 41 can be immersed in the cell suspension Lx in the tube 10.
- the drive unit 45 raises the head 42 ⁇ / b> A
- the dispensing tip 41 can be retracted above the tube 10.
- the drive part 45 raises the piston rod 44
- the piston head 43 will also raise in the head 42A.
- a suction force is generated in the opening 41T, and the cell suspension Lx is sucked and held in the dispensing tip 41.
- the piston rod 44 is lowered, a discharge force is generated in the opening 41T, and the cell suspension Lx held in the dispensing tip 41 is discharged.
- the ball screw device 6M includes a ball screw motor 62 and a screw shaft 63 that is driven to rotate forward and backward by the motor 62 about its axis.
- a nut member (not shown) is engaged with the screw shaft 63.
- the nut member moves in the left-right direction when the screw shaft 63 is rotationally driven.
- the head unit 61 is attached to the nut member. That is, the head unit 61 on which the dispensing tip 41 is mounted is moved in the left-right direction by the ball screw device 6M. In the present embodiment, the head unit 61 moves between the sky above the tube 10 and the sky above the container 1.
- the control unit 51 controls the flow rate adjusting mechanism 3 as described above to control the air venting operation of the closed space A in the container 1, and also controls the operation of the driving unit 45 and the ball screw motor 62. Specifically, the control unit 51 controls the drive unit 45 to control the vertical movement of the head 42 ⁇ / b> A and the suction and discharge operations of the cell suspension Lx of the dispensing tip 41 by the vertical movement of the piston rod 44. To do. Further, the control unit 51 controls the movement operation of the head unit 61 (dispensing tip 41) in the left-right direction by controlling the ball screw motor 62.
- FIG. 11 to 16 are diagrams showing a state in which the main steps of the flowchart of FIG. 10 are being executed. In FIGS. 11 to 16, some of the members shown in FIG. 9 are omitted.
- control unit 51 receives from the user designation of the volume of the cell suspension Lx to be sucked into the dispensing tip 41 by one suction operation (step S1). Based on this capacity designation, the control unit 51 determines the length by which the piston rod 44 (piston head 43) is raised by the drive unit 45. The amount of the cell suspension Lx sucked by the dispensing tip 41 increases as the piston rod 44 rises.
- control unit 51 operates the ball screw motor 62 to move the head unit 61 (head 42A) to the sky of the tube 10 (step S2).
- the dispensing tip 41 attached to the lower end of the head 42 ⁇ / b> A is opposed to the upper surface opening of the tube 10.
- the head 42A is in the raised position, and the piston rod 44 is lowered to the lowest position of the movable range in the vertical direction.
- FIG. 9 shows such a state.
- control unit 51 operates the driving unit 45 to lower the head 42 ⁇ / b> A and immerse the lower part including the opening 41 ⁇ / b> T of the dispensing tip 41 in the cell suspension Lx in the tube 10. And the control part 51 raises the piston rod 44 only the length according to designation
- the head unit 61 is moved above the container 1. That is, the control unit 51 operates the ball screw motor 62 to move the head unit 61 to the right along the screw shaft 63. The head unit 61 is stopped above the container 1. The dispensing tip 41 is opposed to the upper opening 1H (plate 2) of the container 1 (step S4).
- the control unit 51 designates the discharge speed of the cell suspension Lx sucked by the dispensing tip 41, that is, the discharge amount V1 per unit time (step S5).
- This discharge amount V1 is preset by the user.
- the designated discharge amount V1 is realized by adjusting the descending speed of the piston rod 44.
- a liquid L made of a cell culture solution is poured in advance at a predetermined liquid amount (a liquid surface height at which the plate 2 is immersed in the liquid L).
- the aforementioned closed space A is formed in the container 1.
- the control unit 51 controls the flow rate adjusting mechanism 3 so that the piping adapter 15 that is the pressure port is “closed”, that is, the air piping 311 is closed and air does not escape from the closed space A. (Step S6).
- the cell suspension Lx containing the cell aggregate C is discharged from the dispensing tip 41 to the container 1 (step S7).
- the control unit 51 controls the drive unit 45 to move the head 42A to the lowered position as shown in FIG. In this state, the dispensing tip 41 enters the upper opening 1H and approaches the plate 2.
- the lowering position of the dispensing tip 41 may be a position where the opening 41T enters the liquid L or a position slightly above the liquid surface of the liquid L.
- the control unit 51 controls the drive unit 45 to lower the piston rod 44.
- the descending speed at this time corresponds to the discharge amount V1 (discharge speed) designated in step S5.
- V1 discharge speed
- the cell suspension Lx held in the dispensing tip 41 is discharged into the container 1 through the upper opening 1H.
- FIG. 14 shows a state after the ejection has been performed.
- the cell aggregate C contained in the discharged cell suspension Lx is floating in the liquid L on the plate 2.
- the piping adapter 15 is maintained in the “closed” state.
- the head 42A is moved to the raised position.
- control unit 51 designates an air vent speed from the closed space A of the container 1, that is, an air vent flow rate V2 per unit time (step S8).
- This extraction flow rate V2 is preset by the user.
- the designated extraction flow rate V2 is realized by adjusting the opening degree of the air pipe 311 by the flow rate adjusting mechanism 3 (step S9).
- the control unit 51 sets the extraction flow rate V2 to be smaller than the discharge amount V1 per unit time of the cell suspension Lx discharged from the dispensing tip 41 (V1> V2).
- the discharge amount V1 is 1, the ratio of V1 and V2 is preferably about 3/4 to 1/4, and particularly preferably about 1/2.
- step S10 the control unit 51 operates the flow rate adjusting mechanism 3 so that the closed space A is vented at the flow rate V2 specified in step S9.
- 15 is set to the “open” state (step S10).
- FIG. 15 shows a state immediately after the pipe adapter 15 is set to “open”.
- the liquid level LT of the upper liquid layer LS above the plate 2 is raised to the upper level LT1 by the amount of the cell suspension Lx that has been input.
- the pipe adapter 15 is “opened” and the air in the closed space A begins to escape through the air pipe 311, as described in detail with reference to FIG. A liquid flow LC flowing from the upper surface side to the lower surface side is generated.
- the liquid level of the upper liquid layer LS gradually decreases from the upper level LT1, and the cell aggregate C settles on the plate 2.
- the liquid level LT to which the closed space A faces rises as shown by the arrow a1.
- the control unit 51 determines that the air removal amount from the closed space A is the suction amount of the cell suspension Lx specified in step S1, that is, from the dispensing tip 41 in step S7. It is confirmed whether or not the discharge amount of the cell suspension Lx is the same (step S11). This confirmation is made by comparing the product of the extraction flow rate V2 per unit time and the time with the suction amount of the cell suspension Lx in step S1.
- step S11 If the air vent amount has not reached the discharge amount of the cell suspension Lx (NO in step S11), the process returns to step S10 and the air vent is continued. On the other hand, when the air vent amount reaches the discharge amount of the cell suspension Lx (YES in step S11), the control unit 51 operates the flow rate adjusting mechanism 3 to “close” the piping adapter 15 that is a pressure port ( Step S12).
- FIG. 16 shows the state of step S12. In this state, sedimentation of the cell aggregate C is completed, and the cell aggregate C is supported on the plate 2 (holding portion 21).
- the liquid level of the upper liquid layer LS and the liquid level facing the closed space A are the same height.
- the liquid level of the liquid L reaches the increased level LT2 higher than the previous liquid level LT by the amount of the cell suspension containing the cell aggregate C being charged.
- the surface tension raises the liquid level in the closed space A, and on the other hand, causes liquid level processing on the plate 2, and in an extreme case, dries the upper surface of the plate 2.
- the piping adapter 15 is kept “open”. You may let them. Thereby, the cell aggregate C can be easily held on the bottom of the holding unit 21.
- the cell aggregate C put into the container 1 can be carried on the plate 2 at a controlled sedimentation speed. Therefore, even if the plate 2 having the through holes 22 is used for selecting the contaminants and the cell aggregates, the cell aggregates C can be prevented from being damaged. This point will be described with reference to FIG. 17 showing a holding device according to a comparative example of the present invention.
- the container 100 used in the holding device according to the comparative example includes a container main body 101 and a lid member 102 that partially closes the opening of the container main body 101.
- the lid member 102 is provided with an upper opening 100H into which the cell suspension Lx is injected.
- the plate 2 is held by a lid member 102.
- the cell suspension Lx containing the cell aggregate C is introduced from the upper opening 100H of the container 100 with the dispensing tip 41.
- the air in the region A1 begins to escape simultaneously with the introduction of the cell suspension Lx. That is, the liquid LC passing through the through hole 22 of the plate 2 is generated simultaneously with the introduction of the cell suspension Lx.
- the cell aggregate C having a size that should originally be carried on the plate 2 is deformed and passes through the through-hole 22 or is damaged by colliding with the plate 2. obtain.
- the timing of generating the liquid flow LC and the speed of the liquid flow LC can be made appropriate by controlling the timing of turning the piping adapter 15 “closed” and the air vent flow rate.
- the timing of turning the piping adapter 15 “closed” and the air vent flow rate There is no problem of damaging the cell agglomerate C as in the example apparatus.
- the sedimentation rate of the cell aggregate C can be controlled to an appropriate rate that is not too slow.
- the liquid L (cell culture solution) serving as a medium is stored in the container 1 in advance, and the cell suspension Lx to the container 1 is discharged by one discharge operation from the dispensing tip 41.
- An example was given assuming that dispensing was complete.
- the third embodiment an example of an operation of injecting the liquid L into the container 1 and an example in which the cell suspension Lx is discharged from the dispensing tip 41 to the container 1 multiple times is shown.
- FIG. 18 is a diagram showing a tube 10A used in the object holding device according to the third embodiment. Except for the tube 10A being replaced with the tube 10, the configuration of the holding device of the present embodiment is the same as the configuration of the holding device D1 shown in FIG.
- the tube 10A has a mortar shape in the vicinity of the lower end and a cylindrical portion other than the lower end.
- the cell suspension Lx containing the cell aggregate C is stored in the lower end portion of the tube 10A, and the supernatant SL is stored in the upper portion thereof.
- the supernatant liquid SL is a liquid layer in which the cell aggregate C does not exist, which is formed when the cell aggregate C settles to the lower end portion of the tube 10A. In the present embodiment, this supernatant liquid SL is poured into the container 1 and used as the liquid L serving as a culture medium.
- FIG. 19 is a flowchart showing the control operation of the holding device by the control unit 51 in the third embodiment.
- the control operation of the third embodiment will be described below with reference to the device configuration shown in FIG. In FIG. 9, it is assumed that the tube 10 is replaced with the tube 10A shown in FIG.
- the control unit 51 accepts designation of the volume of the supernatant liquid SL to be injected into the container 1 from the user (step S21).
- the volume specified here is an amount of liquid such that at least the upper surface of the plate 2 is covered with the supernatant liquid SL.
- the control part 51 receives designation
- control unit 51 receives from the user the designation of the volume of the cell suspension Lx to be injected into the container 1 in one unit dispensing operation (step S23). And the control part 51 receives designation
- the discharge amount V11 of the supernatant liquid SL is set to a relatively large value in order to realize rapid injection, and the discharge amount V12 of the cell suspension Lx is compared to avoid damage to the cell aggregate C. Is set to a smaller value.
- control unit 51 controls the flow rate adjusting mechanism 3 to place the pipe adapter 15 as a pressure port in an “open” state. That is, the closed space A is opened to the atmosphere (step S25). This is to allow the supernatant liquid SL to enter the surrounding area CA (FIG. 1) of the container 1.
- controller 51 operates the ball screw motor 62 to move the head unit 61 (head 42A) to the sky of the tube 10A (step S26).
- step S26 the dispensing tip 41 attached to the lower end of the head 42A is opposed to the upper surface opening of the tube 10A. Further, the head 42A is in the raised position, and the piston rod 44 is lowered to the lowest position of the movable range in the vertical direction.
- the control unit 51 operates the driving unit 45 to lower the head 42A.
- This descending amount is a relatively shallow descending amount in which the lower part including the opening 41T of the dispensing tip 41 reaches the layer of the supernatant liquid SL existing above the tube 10A.
- the control unit 51 causes the drive unit 45 to raise the piston rod 44 by a predetermined unit length, and generates a suction force at the opening 41T. With this operation, the supernatant SL corresponding to the unit suction amount is sucked into the dispensing tip 41 (step S27). Thereafter, the control unit 51 operates the drive unit 45 to raise the head 42A.
- the head unit 61 is moved above the container 1. That is, the control unit 51 operates the ball screw motor 62 to move the head unit 61 to the right until the dispensing tip 41 faces the upper opening 1H (plate 2) of the container 1 (step S28). Thereafter, the control unit 51 controls the drive unit 45 to lower the piston rod 44. The descending speed at this time corresponds to the discharge amount V11 (discharge speed) designated in step S22. As a result, the supernatant SL held in the dispensing tip 41 is discharged into the container 1 through the upper opening 1H (step S29).
- control unit 51 confirms whether or not the amount of the supernatant SL injected into the container 1 has reached the capacity specified in step S21 (step S30). If the specified capacity has not been reached (NO in step S30), the process returns to step S26 and the same operation is repeated. That is, the suction and discharge operations of the supernatant liquid SL are repeated. On the other hand, when the specified volume is reached (YES in step S30), the control unit 51 controls the flow rate adjusting mechanism 3 to prepare for the injection of the cell suspension Lx so that the pipe adapter 15 is in the “closed” state. . That is, a state where air does not escape from the closed space A is formed (step S31).
- control unit 51 operates the ball screw motor 62 to move the head unit 61 (head 42A) to the sky of the tube 10A (step S32). Subsequently, the control unit 51 operates the driving unit 45 to lower the head 42A.
- This descending amount is a relatively deep descending amount at which the opening 41T of the dispensing tip 41 reaches the layer of the cell suspension Lx existing near the lower end of the tube 10A.
- the control unit 51 raises the piston rod 44 by a predetermined unit length by the driving unit 45, and sucks the cell suspension Lx corresponding to the unit suction amount into the dispensing tip 41 (step S33). Thereafter, the control unit 51 operates the drive unit 45 to raise the head 42A.
- step S34 the control unit 51 controls the drive unit 45 to lower the piston rod 44.
- the descending speed at this time corresponds to the discharge amount V12 (discharge speed) specified in step S24.
- V12 discharge speed
- control unit 51 confirms whether or not the amount of the cell suspension Lx injected into the container 1 has reached the volume specified in Step S23 (Step S36). If the specified capacity has not been reached (NO in step S36), the process returns to step S32 and the same operation is repeated. That is, the suction and discharge operations of the cell suspension Lx are repeated.
- step S36 when the designated capacity is reached (YES in step S36), the control unit 51 designates the air venting speed from the closed space A of the container 1, that is, the air extracting flow rate per unit time (step S37).
- step S37 is the same as the process in step S8 described above with reference to the flowchart of FIG.
- steps S38 to S41 are the same as those in steps S9 to S12 in FIG. In order to avoid duplication, explanation is omitted here.
- FIG. 20 is a block diagram schematically showing an object holding device D2 according to the third embodiment of the present invention.
- the holding device D2 includes a flow rate adjusting mechanism 3A according to another embodiment, and a control unit 52 that controls the operation thereof, in addition to the same container 1, plate 2, and input member 4 as in the first embodiment.
- the flow rate adjusting mechanism 3A includes a cock 32, a valve 33, and a pump 34.
- One end of the air pipe 311 is connected to the pipe adapter 15, and the three-way branch pipe 312, the cock 32 and the valve 33 are sequentially incorporated toward the other end side, and the other end is open to the atmosphere.
- One end of a branch pipe 313 is connected to the three-way branch pipe 312 and the pump 34 is connected to the other end.
- the cock 32 includes a throttle valve that regulates the opening degree of the air pipe 311.
- the cock 32 determines the amount of air that can pass through the air pipe 311, that is, the amount of air released per unit time.
- the valve 33 is, for example, an electromagnetic valve, and is a valve device that closes or opens the air pipe 311.
- the pump 34 is, for example, a solenoid type pump, and is a pump capable of discharging a certain amount of air by one operation.
- the controller 52 controls the opening / closing operation of the valve 33 and the operation of the pump 34.
- the control unit 52 closes the valve 33 when discharging the cell suspension containing the cell aggregate C from the input member 4. That is, the piping adapter 15 which is a pressure port is “closed”. After the discharge of the cell suspension is completed, the control unit 52 opens the valve 33. Thereby, air removal from the closed space A is started. This point is the same as in the first embodiment. However, at this time, the control unit 52 operates the pump 34. A certain amount of air is supplied to the air pipe 311 through the branch pipe 313 and the three-way branch pipe 312 by the operation of the pump 34.
- the air supplied from the pump 34 is discharged into the atmosphere from the other end of the air pipe 311 together with the air in the closed space A. This prevents the air in the closed space A from getting out at once. That is, when the air in the closed space A escapes to the atmosphere through the air pipe 311, the flow rate is regulated by the cock 32, and the air is supplied from the pump 34 so that a pressurizing force is applied to the air pipe 311. . Thereby, the escape of air from the closed space A is further restricted. Further, by controlling the amount of air supplied from the pump 34, it is possible to more precisely control the amount of air that escapes from the closed space A.
- the control unit 52 sets the valve 33 to “closed”. As a result, the branch pipe 313 is blocked from the atmosphere and communicates only with the closed space A. In this state, the control unit 52 operates the pump 34 to discharge a certain amount of air. This air is introduced into the closed space A via the branch pipe 313 and the air pipe 311. Accordingly, since the closed space A is pressurized, the reverse liquid flow LCR can be generated.
- FIG. 21 is a block diagram schematically showing an object holding device D3 according to the fifth embodiment of the present invention.
- the holding device D3 includes a flow rate adjusting mechanism 3B according to another embodiment and a control unit 53 that controls the operation thereof.
- the flow rate adjusting mechanism 3B includes a mass flow controller 35 that performs the same function instead of the cock 32 and the valve 33.
- the mass flow controller 35 has both a function as a throttle valve for regulating the opening degree of the air pipe 311 and a function for opening and closing the air pipe 311.
- the operation of the mass flow controller 35 is controlled by the control unit 53.
- the control unit 53 controls the mass flow controller 35 and the pump 34 to generate the liquid flow LC and the reverse liquid flow LCR as in the third embodiment.
- FIG. 22 shows an example of a pipe provided with an elbow pipe 143 and a one-touch joint 144.
- One end of the elbow pipe 143 is connected to the piping adapter 15 of the container 1, and a one-touch joint 144 is attached to the other end.
- the container 1 is placed on the table B.
- the table B is provided with the components of the flow rate adjusting mechanisms 3, 3A, 3B shown in the previous embodiment.
- a receptacle 144A that is a terminal portion of the flow rate adjusting mechanisms 3, 3A, 3B and receives the one-touch joint 144 is provided.
- the container 1 is placed on the table B, and the air extraction path from the closed space A and the air discharge path to the closed space A can be obtained simply by connecting the one-touch joint 144 to the receptacle 144A. There is an advantage that can be secured.
- the 23 includes a one-touch joint 144 and an internal pipe 145 disposed in the container 1.
- the inner tube 145 is a straight tube having a length longer than the liquid level of the liquid stored in the container 1.
- the upper end of the inner tube 145 opens into the closed space A, and a one-touch joint 144 is attached to the lower end.
- the joint portion of the one-touch joint 144 protrudes downward from the bottom wall of the container 1.
- the table B is provided with a receptacle 144A similar to the piping example of FIG. According to this piping example, an air passage for the closed space A can be ensured only by placing the container 1 on the table B in a state where the one-touch joint 144 is aligned with the receptacle 144A.
- the piping example in FIG. 24 is a piping example in which the tip of the pipette tip 146 is fitted into the piping adapter 15.
- a seal ring 16 is secured to the inner peripheral surface of the pipe adapter 15 to ensure hermeticity.
- the pipette tip 146 can perform air suction / discharge through the tip opening.
- a pipette tip 146 that performs the suction / discharge by a mechanical operation of a piston member or a manual that performs the suction / discharge can be used.
- a dispensing tip 41 that does not absorb liquid can be used in place of the pipette tip 146.
- An object holding device is a container for storing a liquid, the container including an upper opening for allowing the object to be poured into the stored liquid, and a bottom wall, and the object And an input member that inputs the object to be held into the container through the upper opening, an upper surface and a lower surface, the upper surface is opposed to the upper opening, and the lower surface is the One or a plurality of holding parts that are immersed in the liquid in a state of being spaced apart from the bottom wall of the container, are arranged on the upper surface side and carry the object, and are formed at the arrangement positions of the holding parts.
- the object is held by the holding portion of the plate immersed in the liquid stored in the container.
- the holding part is provided with a through hole.
- the liquid flow adjusting mechanism generates a liquid flow that passes through the through hole at a controlled flow rate from the upper surface side to the lower surface side of the plate after the object is charged.
- the liquid flow affects the sedimentation of the input object. Therefore, the speed until the object is held on the plate can be adjusted by the liquid flow.
- the holding portion is a concave portion having an upper opening, and the opening on the upper surface side of the through hole is disposed on the bottom surface of the concave portion.
- the holding portion is formed of the concave portion, the object can be satisfactorily held in a state of being restrained by the side wall surface of the concave portion. Moreover, since the opening of the through hole is disposed on the bottom surface of the recess, there is an advantage that the object can be easily guided to the recess by the liquid flow.
- the charging member is a tip member that holds the suspension in which the object is mixed and has a discharge port for the suspension, and the tip member holds the suspension. It is desirable to discharge into the container through the upper opening.
- the object since the object is put into the container in a state of being mixed with the suspension, the object can be put into the liquid in the container without fear of scattering. Further, since the loading operation is only the discharging operation of the chip member, it is simple and easy.
- the container is a container that stores the liquid at a predetermined liquid level, and has a cylindrical shape including an upper end portion that defines the upper opening and a lower end portion that holds a peripheral edge of the plate.
- a cylindrical outer peripheral wall having an inner peripheral wall, an upper edge portion provided continuously with the inner peripheral wall, and a lower edge portion provided continuously with the bottom wall,
- the container stores the liquid so that the liquid level of the liquid is located above the plate, the surrounding area
- a closed space is formed on the liquid level inside, and the liquid flow adjusting mechanism generates the liquid flow by extracting air in the closed space at a controlled flow rate after discharging the suspension. Is desirable.
- a closed space is formed on the liquid level in the surrounding area by the shape of the container and the plate and the setting of the liquid level.
- the liquid flow is formed by removing air from the closed space. Therefore, the liquid flow can be generated by a simple mechanism.
- the holding device when the tip member discharges the suspension into the container at a discharge amount V1 per unit time, the holding device is configured so that the liquid flow adjusting mechanism has a flow rate per unit time smaller than V1. It is desirable to evacuate the closed space with the flow rate V2.
- the container further includes a work hole communicating with the closed space, further including an air vent pipe having one end connected to the work hole and the other end opened to the atmosphere, and the liquid flow adjustment
- the mechanism includes a flow restricting unit assembled to the pipe.
- the air in the closed space that has been pressurized by the discharge of the suspension can be extracted through the pipe. Since the pipe is provided with a flow rate restricting portion, the liquid flow speed can be controlled according to the degree of restriction by the flow restricting portion.
- the holding device further includes a pump that is branched and connected to the pipe between the working hole and the flow rate regulating unit, and is capable of discharging air into the pipe.
- this holding device it is possible to prevent the air in the closed space from being rapidly removed by sending air from the pump to the pipe when the air is vented by the pipe.
- the object is a cell derived from a living body, particularly a cell aggregate.
- the object holding device when the object put into the container is held by the plate immersed in the liquid in the container, the object is held by the plate.
- the speed of can be adjusted. Therefore, an accurate image of the target object can be obtained without damaging or deforming the target object, and a target holding apparatus with high work efficiency can be provided.
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Abstract
対象物の保持装置は、液体を貯留する容器、投入部材、プレート及び液流調整機構を含む。容器は、上部開口と底壁とを備える。投入部材は、対象物を、前記上部開口を通して前記容器内へ投入する。プレートは、上面と下面とを有し、前記下面が前記容器の前記底壁に対して間隔を置いた状態で前記液体中に浸漬され、前記上面側に配置され前記対象物を担持する保持部と、前記保持部の配置位置に形成され前記上面から前記下面に貫通する貫通孔とを備える。液流調整機構は、前記対象物の投入後に、前記上面の側から前記下面の側に向けて制御された流速で前記貫通孔を通過する液流を発生させることで、前記対象物が前記投入から前記保持部に担持されるまでの速度を調整する。
Description
本発明は、例えば細胞凝集塊のような対象物の保持を行う装置に関する。
ある対象物を、液体を貯留する容器中において保持する装置が必要とされる場合がある。例えば、前記対象物が細胞凝集塊である場合、当該細胞凝集塊の選別、観察及び培養などのために、多数の細胞保持部を備えたプレートを容器内に貯留された細胞培養液中に配置し、前記保持部に細胞凝集塊を保持させることがある。特許文献1には、前記細胞凝集塊保持部としての複数の貫通孔が形成されたプレートに、細胞や生体試験用のビーズを保持させるようにした保持装置が開示されている。
前記保持部に細胞凝集塊を保持させるに際しては、細胞凝集塊を含まない細胞培養液を貯留する容器内に、多数の細胞凝集塊を含む細胞懸濁液が分注チップから吐出される。細胞凝集塊のプレート上の保持部への収容は、専ら前記吐出後の自然沈降に依存する。このため、細胞凝集塊が急速に沈降して変形したり、逆に沈降速度が遅すぎて前記保持部に細胞凝集塊を保持させるのに時間が掛かりすぎたりする不具合の生じることがある。
本発明の目的は、容器に投入された対象物を容器中の液体に浸漬されたプレートにて保持させるに際し、前記対象物が前記プレートに保持されるまでの速度を調整することができる保持装置を提供することにある。
本発明の一局面に係る対象物の保持装置は、液体を貯留する容器であって、貯留した液体中に対象物を投入させるための上部開口と、底壁とを備える容器と、前記対象物を保持すると共に、保持している前記対象物を、前記上部開口を通して前記容器内へ投入する投入部材と、上面と下面とを有し、前記上面が前記上部開口に対向し、前記下面が前記容器の前記底壁に対して間隔を置いた状態で前記液体中に浸漬され、前記上面側に配置され前記対象物を担持する1又は複数の保持部と、前記保持部の配置位置に形成され前記上面から前記下面に貫通する貫通孔とを備えるプレートと、前記投入部材による前記対象物の投入後に、前記上面の側から前記下面の側に向けて制御された流速で前記貫通孔を通過する液流を発生させることで、前記対象物が前記投入から前記保持部に担持されるまでの速度を調整する流量調整機構と、を備える。
本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
以下、本発明に係る対象物の保持装置の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。この実施形態においては、対象物が生体由来の細胞、特に細胞凝集塊である場合について説明する。生体由来の細胞凝集塊(スフェロイド;spheroid)は、細胞が数個~数十万個凝集して形成されている。そのため、細胞凝集塊の大きさは様々である。生きた細胞が形成する細胞凝集塊は略球形であるが、細胞凝集塊を構成する細胞の一部が変質したり、死細胞となっていたりすると、細胞凝集塊の形状は歪になる、あるいは密度が不均一となる場合がある。バイオ関連技術や医薬の分野における試験において、種々の形状を呈する複数の細胞凝集塊を本実施形態の保持装置にて保持させ、試験に適した形状の細胞凝集塊のみを選別する作業を行うことは、本発明の好適な用途である。なお、対象物は細胞凝集塊に限られるものではなく、小型の電子部品や機械部品、有機又は無機の破砕片や粒子、ペレット等であっても良い。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る対象物の保持装置Dを概略的に示す側断面図である。保持装置Dは、液体Lを貯留する容器1と、対象物(細胞凝集塊C)を液体L中において保持するプレート2と、細胞凝集塊Cが容器1へ投入された後、プレート2に担持されるまでの速度を調整する流量調整機構3と、細胞凝集塊Cを容器内へ投入する投入部材4と、流量調整機構3及び投入部材4の動作を制御する制御部5とを備えている。図2は、容器1の斜視図、図3は、プレート2の上面図、図4は、図3のIV-IV線断面図である。
図1は、本発明の第1実施形態に係る対象物の保持装置Dを概略的に示す側断面図である。保持装置Dは、液体Lを貯留する容器1と、対象物(細胞凝集塊C)を液体L中において保持するプレート2と、細胞凝集塊Cが容器1へ投入された後、プレート2に担持されるまでの速度を調整する流量調整機構3と、細胞凝集塊Cを容器内へ投入する投入部材4と、流量調整機構3及び投入部材4の動作を制御する制御部5とを備えている。図2は、容器1の斜視図、図3は、プレート2の上面図、図4は、図3のIV-IV線断面図である。
容器1は、円柱形の形状を備え、その上面側に矩形の上部開口1Hを備えている。この上部開口1Hは、細胞凝集塊Cの投入、並びに、選別された細胞凝集塊Cをピックアップするための開口である。上部開口1Hの形状には特に限定はなく、例えば円形の上部開口1Hとしても良い。プレート2は、上部開口1Hの下方に配置されている。細胞凝集塊の投入の際、図1に示す通り、細胞凝集塊Cを含む細胞懸濁液を吸引し保持している投入部材4が、上部開口1Hに対向して配置される。そして、投入部材4(分注チップ41)から前記細胞懸濁液が、容器1に貯留された細胞凝集塊を含まない液体L中に吐出される。
容器1に貯留される液体Lは、細胞凝集塊の性状を劣化させないものであれば特に限定されず、細胞凝集塊の種類により適宜選定することができる。液体Lとしては、たとえば基本培地、合成培地、イーグル培地、RPMI培地、フィッシャー培地、ハム培地、MCDB培地、血清などの培地(細胞培養液)のほか、冷凍保存前に添加するグリセロール、セルバンカー(十慈フィールド(株)製)等の細胞凍結液、ホルマリン、蛍光染色のための試薬、抗体、精製水、生理食塩水などを挙げることができる。たとえば、細胞凝集塊として生体由来の細胞であるBxPC-3(ヒト膵臓腺癌細胞)を用いる場合には、液体LとしてはRPMI-1640培地に牛胎児血清FBS(Fetal Bovine Serum)を10%混ぜたものに、必要に応じて抗生物質、ピルビン酸ナトリウムなどのサプリメントを添加したものを用いることができる。
容器1の形状は特に限定されないが、ここでは操作性や安定性等の観点から、高さが横幅(直径)に比べて比較的広い扁平な円柱形状のものを容器1として例示している。容器1は、透光性の樹脂材料やガラスで作製されていることが望ましい。これにより、容器1の下方に配置されたカメラ等により、プレート2に保持された細胞凝集塊を観察することができる。
容器1は、底壁11、外周壁12、内周壁13及び天壁14を備える。底壁11は、容器1の底部を区画する平坦な円板部材である。外周壁12は、底壁11上に立設された円筒状の部材である。内周壁13は、外周壁12の内部に配置された角筒状の部材である。天壁14は、容器1の上面側において、上部開口1H以外の領域を覆う板部材である。
外周壁12は、天壁14の外周縁に連設される上縁部121と、底壁11の外周縁に連設される下縁部122とを備える。内周壁13は、上部開口1Hから底壁11に向けて開口面積が徐々に縮小するように傾斜している。内周壁13の上端部131は、上部開口1Hを画定するものであって、天壁14の内周縁に連設されている。つまり、内周壁13の上端部131は、天壁14を介して外周壁12の上縁部121に連設されており、内周壁13は外周壁12によって支持されている。内周壁13の下端部132は、プレート2の外周縁を保持している。
天壁14には、上下方向への貫通孔からなる作業孔141が穿孔されている。この作業孔141を通して、容器1のキャビティへの液体Lの注液、薬品類の注液、若しくは液体Lの吸液などの作業が行われる。さらに本実施形態では、作業孔141は、前記キャビティ内の圧力調整を行うための圧力口としても利用される。作業孔141には、空気抜き用のエア配管311を取り付けるための配管アダプタ15が組み付けされている。
プレート2は、上面2Uと下面2Bとを有する矩形の板状部材である。プレート2は、下面2Bが容器1の底壁11に対して間隔を置いた状態で、内周壁13の下端部132にて保持されている。プレート2は、容器1内の液体L中に浸漬されている。つまり、プレート2の上面2Uが液体Lの液面LTよりも下方に位置するよう、容器1に液体Lが注液される。上面2Uは上部開口1Hと対向している。
プレート2は、上面2U側に配置され細胞凝集塊を担持する複数の保持部21と、各保持部21の配置位置に形成され上面2Uから下面2Bに直線状に貫通する貫通孔22とを備えている。本実施形態では、上面視で四角形の保持部21がマトリクス状に配列されている例を示している。これは一例であり、保持部21の上面視形状は、丸形、三角形、五角形、六角形等であってもよく、これらがハニカム状、直線状、ランダムに配置されていても良い。或いは、一つの保持部21だけが備えられているプレート2としても良い。なお、容器1と同様にプレート2も、担持された細胞凝集塊の下面2B側からの撮像を可能とするために、透明な部材で形成されることが望ましい。
図4に示すように、保持部21の縦断面の形状は、上方に開口した凹曲面211(凹部)である。貫通孔22の上面2U側の開口は、保持部21の凹曲面211の底面(もっとも深い位置)に配置されている。1の保持部21とこれに隣接する保持部21(凹曲面211)の上縁部212は、互いに近接している。図3では、各保持部21の形状を際立たせるため、上縁部212が比較的広幅を有するように描いているが、実際は図4に示すように上縁部212同士は隣接している。このため、隣接する凹曲面211の上縁部212同士が接することにより形成される稜線部分は、鋭利な凸状の部分となっている。保持部21の変形実施形態では、凹曲面211に代えて、保持部21の開口面積が上方から下方に向けて小さくなるような直線状の傾斜壁面、階段状の壁面とされる。或いは、開口面積が上方から下方に向けて一定の、円筒型、角筒形の凹部からなる保持部21とすることもできる。
保持部21には、一般は1個の細胞凝集塊が収容されることが企図されている。但し、1の保持部21に、指定個数の細胞凝集塊を収容させたり、指定量(総体積又は総面積)の細胞凝集塊を収容させたりする場合もある。貫通孔22のサイズは、所望のサイズの細胞凝集塊は通過できず、所望のサイズ以外の小さな細胞凝集塊や夾雑物を通過させるサイズに選ばれている。プレート261の下面2Bと容器1の底壁11との間の距離は、前記夾雑物等を底壁11上に堆積させるのに十分な高さが選ばれる。
容器1内には、当該容器1の底壁11、外周壁12、内周壁13、天壁14及びプレート2によって囲まれる、囲繞領域CAが形成されている。この囲繞領域CAと外部とは、上述の作業孔141及び貫通孔22によって連通している。容器1は、予め作業孔141を通して、液体L(細胞凝集塊Cを含まない細胞培養液)が注液される。具体的には、液面LTがプレート2を完全に浸漬する高さであって、天壁14よりも低い高さ(内周壁13の上下方向の中間付近の高さ)まで、液体Lは容器1内に注液される。
このように、液体Lの液面LTがプレート2よりも上方に位置するように液体Lが容器1に貯留され、作業孔141が封止された状態においては、プレート2上に滞留する液体Lにて貫通孔22が塞がれることによって、囲繞領域CAが密閉された領域となる。そして、このような液面LTの高さであると、囲繞領域CA内の液面上には、空気が滞留する(閉じ込められる)空間が形成される。つまり、外周壁12及び内周壁13の上方部分と、天壁14と、液面LTとで囲まれる閉鎖空間Aが形成される。作業孔141は、この閉鎖空間Aに連通している。
流量調整機構3(流量規制部)は、エア配管311の途中に組み付けられ、エア配管311を流れる空気の流量をゼロ(閉止)から所定の流量まで制御することが可能な弁動作を行う弁部材と、エア配管311内に空気流を発生させるポンプ部材とを含む。エア配管311は、一端が配管アダプタ15(作業孔141)に接続され、他端が大気に開放された配管である。前記ポンプ部材は、正逆の空気流、すなわち閉鎖空間Aの空気を吸引する方向の空気流と、閉鎖空間Aに空気を吐出して該閉鎖空間Aを加圧する方向の空気流とを発生する。
流量調整機構3の主な機能は、プレート2の上面2Uの側から下面2Bの側に向けて制御された流速で、貫通孔22を通過する液流LC(図6参照)を発生させることである。この機能に特化するならば、前記ポンプ部材の機能を流量調整機構3から省くことができる。流量調整機構3は、流量調整機構3は、投入部材4による細胞凝集塊Cの容器1への投入後に、エア配管311を通して閉鎖空間Aの空気を制御された流量で抜くことによって液流LCを発生させる。流量調整機構3は、液流LCの流速を調整することで、細胞凝集塊Cの沈降速度、つまり細胞凝集塊Cが上部開口1Hから投入されてからプレート2の保持部21に担持されるまでの速度を調整する。
投入部材4は、細胞凝集塊Cを保持すると共に、保持している細胞凝集塊Cを、上部開口1Hを通して容器1内へ投入するための部材である。投入部材4は、分注チップ41(チップ部材)と、この分注チップ41が下端に取り付けられるヘッド42とを含む。分注チップ41は、断面積が上方から下方に向けて徐々に小さくなる円錐状の筒体であり、その下端に吸引又は吐出のための開口41Tを備える。ヘッド42は、上下方向に延びる筒状の部材であり、開口41Tに吸引力及び吐出力を発生させる機構を備えている。ヘッド42が吸引力を発生させると、細胞凝集塊Cを含む細胞懸濁液が開口41Tから分注チップ41内に吸引される。吸引された細胞懸濁液は、分注チップ41内で保持可能である(図1に示す状態)。この状態でヘッド42が吐出力を発生させると、細胞凝集塊Cを含む細胞懸濁液が開口41Tから吐出される。
制御部5は、マイクロコンピュータ等からなり、予め定められたプログラムに基づいて流量調整機構3及び投入部材4の動作を制御する。具体的には制御部5は、流量調整機構3の前記弁部材を制御して、閉鎖空間Aから空気を抜く際の流量を調整することで、液流LCの速度を制御する。また、制御部5は、流量調整機構3のポンプ部材を制御して、閉鎖空間Aからの空気の吸引動作及び閉鎖空間Aへの空気の送り動作を制御する。さらに、制御部5は、投入部材4のヘッド42を制御して、分注チップ41へ細胞懸濁液を吸引させる動作、吸引された細胞懸濁液を所定の吐出量で分注チップ41から吐出させる動作を制御する。
図5は、分注チップ41から吐出された細胞凝集塊がプレート2に担持される状況を説明するための模式図である。ここでの細胞凝集塊の担持作業は、種々の細胞凝集塊や夾雑物の中から所望の細胞凝集塊を選別する作業でもある。この細胞選別動作が行われる際、予め細胞凝集塊を含まない液体L(細胞培養液)が容器1内に注液される。上述の通り、液体Lの液面LTの高さは、プレート2が液体L中に完全に浸漬される高さとされる。その後、容器1の上部開口1Hを通してプレート2上の液面LTに向けて、選別対象となる細胞凝集塊Cと不可避的に混在する夾雑物Cxとを含む細胞懸濁液が、分注チップ41から注入される。
注入された前記細胞懸濁液に含まれる細胞凝集塊C及び夾雑物Cxは、液面LTから下方に向けて自重により液体L内を沈降する。図5では、2つの細胞凝集塊C1、C2と3つの夾雑物Cx1、Cx2、Cx3を模式的に示している。プレート2が備える多数の保持部21は、半球状のキャビティ(凹曲面211)が密に配列されており、保持部21同士を区切る稜線(上縁部212)は鋭利である。従って、沈降する細胞凝集塊C1、C2及び夾雑物Cx1、Cx2、Cx3は、上縁部212付近に滞留することなく、いずれかの保持部21の凹曲面211内に導かれる。
所定のサイズを備える細胞凝集塊C1、C2は、貫通孔22を通過することができない。従って、これら細胞凝集塊C1、C2は、導入された保持部21上で担持されることになる。一方、夾雑物Cxは、一般に細胞凝集塊Cよりは相当小さいサイズであり、貫通孔22を通過し得る。このため、凹曲面211内に導かれた夾雑物Cxは、貫通孔22を通過して、容器1の底壁11上に落下する。図5では、夾雑物Cx1が貫通孔22を通過しつつあり、夾雑物Cx2、Cx3が底壁11上に落下した状態を示している。このように、選別対象の細胞凝集塊C1、C2はプレート2の保持部21にトラップされ、無用な夾雑物Cx1、Cx2、Cx3は、容器1の底壁11に回収される。以上のような細胞選別動作は、1回のみ実行される場合、或いは必要に応じて複数回繰り返される場合がある。
一つの代表的な保持装置Dの使用例では、上記の細胞選別動作の後、容器1の下方に配置されたカメラにより、細胞凝集塊Cを担持したプレート2の画像が撮像される。取得された画像が解析され、図3のようにn列m行にマトリクス配置された保持部21群のうち、どの保持部21に細胞凝集塊Cが担持されているかが座標情報で特定される。並行して、シリンダチップが装着され、XYZ方向に移動可能なヘッドが準備される。前記ヘッドが上部開口1H上に配置され、前記座標情報に基づきターゲットとする保持部21にシリンダチップがアプローチするよう、ヘッドの動作が制御される。そして、シリンダチップにより、当該保持部21に担持されている細胞凝集塊Cが吸引される。吸引された細胞凝集塊Cは、前記ヘッドにより他のシャーレやウェルプレートまで搬送され、これらに吐出される。
ところで、上述の通り、細胞凝集塊Cのプレート2の保持部21への収容は、分注チップ41から吐出された後、細胞凝集塊Cの自然沈降に依存する。また、分注チップ41から細胞懸濁液の吐出に伴う液流の影響も受ける。さらに、前記細胞懸濁液の吐出によって生成される貫通孔22を流れる液流の影響も、細胞凝集塊Cの保持部21への収容に影響を与える。前記液流が急速なものであると細胞凝集塊Cの沈降速度が速くなり、細胞凝集塊Cがプレート2の鋭利な上縁部212に衝突したり、貫通孔22に吸い込まれたりして、細胞凝集塊Cにダメージが与えられることが生じ得る。一方、細胞凝集塊Cの沈降速度が遅すぎると、保持部21に細胞凝集塊Cを保持させるのに時間が掛かりすぎる不具合が生じる。本実施形態では、これらの不具合を防止するために、流量調整機構3により、細胞凝集塊Cが液体Lに投入されてから保持部21に担持されるまでの速度が調整される。
図6に基づいて、流量調整機構3の動作を説明する。図6は、図1の状態から、分注チップ41内に保持されていた細胞凝集塊Cが、細胞懸濁液と共に開口41Tから上部開口1Hへ投入された後の状態を示している。この投入の際、制御部5は流量調整機構3を制御して、エア配管311が閉止された状態、つまり圧力口である配管アダプタ15を「閉」の状態にしている。このため、閉鎖空間Aの空気は逃げ場が無い状態である。
従って、細胞凝集塊Cを含む細胞懸濁液が投入された分だけ、容器1中における内周壁13の内側であってプレート2の上方の液体層(以下、上部液体層LSという)の液面LTは、上位レベルLT1に上昇する。細胞凝集塊Cは、上部液体層LS内において浮遊している。これに対し、閉鎖空間Aが面している液体Lの液面LTは不動である。これは、上部液体層LSと囲繞領域CA内の液体Lとは貫通孔22を通して連通しているものの、閉鎖空間Aから空気が逃げることができないからである。
細胞凝集塊Cの投入を終えると、制御部5は流量調整機構3を制御して、エア配管311を所定の開度とし、空気が通過できるようにする。つまり、圧力口である配管アダプタ15が「開」の状態に変更される。エア配管311の開度は、細胞凝集塊Cの比重や性質に応じて決定される。圧力口が開となると、閉鎖空間Aの体積は変化可能な状態となる。すなわち、上部液体層LSの液面高さ(LT)と囲繞領域CA内の液体Lの液面高さ(LT1)との高低差(圧力差)が是正されるように、囲繞領域CA内の液面LTは矢印a1で示すように上昇する。これと同時に、閉鎖空間Aの空気は、矢印a2で示すように、エア配管311を通して外部に抜け出る。このような液面是正に伴って、貫通孔22には、プレート2の上面側から下面側に流れる液流LCが発生する。液流LCの発生によって、上部液体層LSの液面は、上位レベルLT1から徐々に低下する。
上部液体層LS内で浮遊している細胞凝集塊Cの沈降速度は、液流LCに大きく依存する。当然に、液流LCの速度が速いほど、各保持部21が備える貫通孔22に細胞凝集塊Cが吸い寄せられ易くなり、前記沈降速度は速くなる。また、液流LCの速度は、閉鎖空間Aから空気を抜く速度に依存する。従って、流量調整機構3によるエア配管311の開度調整により、エア配管311を矢印a2方向に通過する空気の流量を規制することにより、液流LCの速度、ひいては細胞凝集塊Cの沈降速度を制御することができる。例えば、細胞凝集塊Cをゆっくり沈降させたい場合は、エア配管311の開度を小さくし、液流LCの速度を比較的遅くすれば良い。逆に、早期の沈降が望まれる場合は、液流LCの速度を比較的早くすれば良い。このようにして、液流LCの速度を調整することによって、細胞凝集塊Cを所望の沈降速度で保持部21に担持させることができる。
図7は、細胞凝集塊Cの沈降が完了し、プレート2(保持部21)に細胞凝集塊Cが担持されている状態を示している。上部液体層LSの液面と囲繞領域CA内の液体Lの液面とは、同じ高さになっている。但し、細胞凝集塊Cを含む細胞懸濁液が投入された分、液体Lの液面は事前の液面LTよりも高い増加レベルLT2に至っている。
ところで、上記のような細胞凝集塊Cの投入動作において、1つの保持部21に複数個の細胞凝集塊Cが収容されてしまう場合がある。一般に、一つの保持部21には一つの細胞凝集塊Cが保持されることが、細胞凝集塊Cの画像観察や前記シリンダチップによる個別吸引が容易であるという観点から望ましい。しかし、分注チップ41から細胞凝集塊Cを吐出させ、液流LCのアシストで沈降させるだけでは、細胞凝集塊Cが概ね均等にプレート2上にばら撒かれた状態を形成することができない場合が生じ得る。
本実施形態の保持装置Dは、このような事象を想定して、一旦プレート2に担持された細胞凝集塊Cを、再度上部液体層LSに分散させることが可能な機能を備えている。図8は、プレート2上の細胞凝集塊Cが、逆方向の液流LCRにより上部液体層LSに分散されている状態を示す図である。
上述の通り流量調整機構3は、エア配管311内に空気流を発生させるポンプ部材を備えている。制御部5は、細胞凝集塊Cのプレート2上における分散状態が良好でない場合、流量調整機構3を制御して、エア配管311に矢印a3方向の空気流を僅かな期間だけ発生させる。この空気流は、配管アダプタ15を介して閉鎖空間Aに入り込み、当該閉鎖空間Aが面する液面LTを押圧する(矢印a4参照)。囲繞領域CAは密閉状態にあるので、矢印a4の押圧力の逃げ場は、プレート2の貫通孔22しかない。従って、貫通孔22には、既述の液流LCとは逆に、プレート2の下面側から上面側に流れる逆液流LCRが発生する。このような逆液流LCRが発生すると、保持部21に重なり合うように担持されている細胞凝集塊Cは、上方に舞い上がる(上昇する)。この後、細胞凝集塊Cは自然沈降するが、上部液体層LS内に細胞凝集塊Cが分散されるので、プレート2への分散性は改善される。
逆液流LCRを発生させる期間、速度等は、細胞凝集塊Cの性質に応じて適宜定められる。要するに、逆液流LCRは、細胞凝集塊Cを一時的にプレート2上の液体L内へ舞い上がらせることができれば、その期間や速度等に制限はない。また、逆液流LCRを発生させた後に直ちに流量調整機構3によってエア配管311を閉とし、細胞凝集塊Cの上部液体層LS内における分散が進行した後に、上記で説明した通りのエア配管311の開度調整を行い、再び液流LCを発生させるようにしても良い。なお、細胞凝集塊Cのプレート2上における分散状態は、上述のカメラが取得する細胞凝集塊Cを担持したプレート2の画像に基づき、制御部5に判定させるようにすることができる。
<第2実施形態>
図9は、本発明の第2実施形態に係る対象物の保持装置D1を概略的に示すブロック図である。第2実施形態の保持装置D1は、細胞凝集塊Cを分注チップ41により吸引させ、これを第1実施形態と同様な容器1に吐出させるまでの構成を備えた装置の具体例である。保持装置D1は、容器1、プレート2、流量調整機構3、チューブ10、投入部材4A、制御部51、ヘッドユニット61及びボールねじ装置6Mを備えている。
図9は、本発明の第2実施形態に係る対象物の保持装置D1を概略的に示すブロック図である。第2実施形態の保持装置D1は、細胞凝集塊Cを分注チップ41により吸引させ、これを第1実施形態と同様な容器1に吐出させるまでの構成を備えた装置の具体例である。保持装置D1は、容器1、プレート2、流量調整機構3、チューブ10、投入部材4A、制御部51、ヘッドユニット61及びボールねじ装置6Mを備えている。
容器1、プレート2及び流量調整機構3は、先に第1実施形態で説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。チューブ10は、細胞凝集塊Cを含む細胞懸濁液Lxを収容する、上面開口の容器である。チューブ10に貯留されている細胞懸濁液Lxは、投入部材4Aによりその一部が吸引され、その後に容器1へ吐出される。
投入部材4Aは、ヘッドユニット61に搭載され、下端に開口41Tを備えた分注チップ41(チップ部材)と、分注チップ41が下端に取り付けられるヘッド42Aとを含む。第1実施形態と異なる点は、開口41Tに吸引力及び吐出力を発生させる機構として、ピストンヘッド43及びピストンロッド44と、その駆動部45とが備えられている点である。
ヘッド42Aは、上下方向に延びる筒状の部材である。ピストンヘッド43は、ヘッド42Aの内部に、上下方向に移動自在に配置されている。ピストンヘッド43の外周面にはシール部材(図示せず)が取り付けられ、気密性が確保されている。ピストンロッド44もヘッド42Aの内部に収容され、その下端にピストンヘッド43が取り付けられている。駆動部45は、ヘッドユニット61内に組み付けられ、駆動モータ及び駆動伝達機構を含み、ピストンヘッド43を上下方向に移動させる。さらに駆動部45は、ヘッド42A自体をヘッドユニット61に対して上下方向に移動するように駆動する。
駆動部45がヘッド42Aを下降させることで、分注チップ41の開口41Tを、チューブ10内の細胞懸濁液Lxに浸漬させることができる。駆動部45がヘッド42Aを上昇させると、分注チップ41をチューブ10の上空に退避させることができる。また、駆動部45がピストンロッド44を上昇させると、ヘッド42A内においてピストンヘッド43も上昇する。これにより、開口41Tには吸引力が発生し、分注チップ41内に細胞懸濁液Lxが吸引・保持される。一方、ピストンロッド44が下降されると、開口41Tには吐出力が発生し、分注チップ41内に保持されている細胞懸濁液Lxが吐出される。
ボールねじ装置6Mは、ボールねじモータ62と、該モータ62によって軸回りに正逆回転駆動されるねじ軸63とを含む。ねじ軸63には図略のナット部材が係合されている。前記ナット部材は、ねじ軸63が回転駆動されることによって、左右方向に移動する。ヘッドユニット61は前記ナット部材に取り付けられている。すなわち、分注チップ41を搭載しているヘッドユニット61は、ボールねじ装置6Mによって左右方向に移動される。本実施形態では、ヘッドユニット61は、チューブ10の上空と容器1の上空との間を移動する。
制御部51は、上述の通り流量調整機構3を制御して容器1内の閉鎖空間Aの空気抜き動作を制御するほか、駆動部45及びボールねじモータ62の動作を制御する。具体的には制御部51は、駆動部45を制御することによって、ヘッド42Aの上下動と、ピストンロッド44の上下動による分注チップ41の細胞懸濁液Lxの吸引及び吐出動作とを制御する。また、制御部51は、ボールねじモータ62を制御することによって、ヘッドユニット61(分注チップ41)の左右方向の移動動作を制御する。
続いて、制御部51による保持装置D1の制御動作を、図10に示すフローチャートに基づいて説明する。図11~図16は、図10のフローチャートの主要ステップを実行している状態を示す図である。なお、図11~図16では、図9に記載している部材の一部を省略して記載している。
先ず制御部51は、1回当たりの吸引動作で分注チップ41に吸引させる細胞懸濁液Lxの容量の指定を、ユーザーから受け付ける(ステップS1)。この容量指定に基づいて、制御部51は、駆動部45によりピストンロッド44(ピストンヘッド43)を上昇させる長さを決定する。ピストンロッド44の上昇量が多いほど、分注チップ41が吸引する細胞懸濁液Lxの量は増加する。
次に制御部51は、ボールねじモータ62を動作させて、ヘッドユニット61(ヘッド42A)をチューブ10の上空へ移動させる(ステップS2)。チューブ10の上面開口部に、ヘッド42Aの下端に装着された分注チップ41が対向している。ヘッド42Aは上昇位置にあり、ピストンロッド44は、上下方向の可動範囲の最下位置まで下降している。図9は、このような状態を示している。
続いて制御部51は、駆動部45を動作させ、ヘッド42Aを下降させ、分注チップ41の開口41Tを含む下方部分を、チューブ10内の細胞懸濁液Lxに浸漬させる。そして制御部51は、駆動部45によりピストンロッド44をステップS1の指定に応じた長さだけ上昇させ、開口41Tに吸引力を発生させる。かかる動作により、チューブ10に貯留された細胞凝集塊Cを含む細胞懸濁液Lxの一部が、分注チップ41内に吸引される(ステップS3)。その後、図11に示すように、制御部51は駆動部45を動作させ、ヘッド42Aを上昇させる。これにより、細胞凝集塊Cを保持した分注チップ41もチューブ10の上に移動する。
続いて、図12に示すように、ヘッドユニット61が容器1の上空に移動される。すなわち、制御部51はボールねじモータ62を動作させ、ヘッドユニット61をねじ軸63に沿って右方へ移動させる。ヘッドユニット61は、容器1の上空で停止される。分注チップ41は、容器1の上部開口1H(プレート2)と対向している(ステップS4)。
制御部51は、分注チップ41に吸引された細胞懸濁液Lxの吐出速度、つまり単位時間当たりの吐出量V1を指定する(ステップS5)。この吐出量V1は、ユーザーから予め設定されたものである。指定された吐出量V1は、ピストンロッド44の下降速度の調整によって実現される。容器1には、細胞培養液からなる液体Lが予め所定の液量(プレート2が液体L中に浸漬される液面高さ)で注液されている。容器1内には上述の閉鎖空間Aが形成されている。この図12の状態では、制御部51は流量調整機構3を制御して、圧力口である配管アダプタ15が「閉」の状態、つまりエア配管311を閉じて閉鎖空間Aから空気が抜け出さない状態としている(ステップS6)。
次に、分注チップ41から容器1へ細胞凝集塊Cを含む細胞懸濁液Lxが吐出される(ステップS7)。制御部51は駆動部45を制御し、図13に示すように、ヘッド42Aを下降位置に移動させる。この状態では、分注チップ41が上部開口1Hに入り込み、プレート2に接近している。分注チップ41の下降位置は、開口41Tが液体L中に入り込む位置でも、液体Lの液面よりもやや上方の位置であっても良い。
しかる後、制御部51は駆動部45を制御し、ピストンロッド44を下降させる。このときの下降速度は、ステップS5で指定された吐出量V1(吐出速度)に対応するものである。これにより、分注チップ41に保持されている細胞懸濁液Lxは、上部開口1Hを通して容器1内に吐出される。図14は、前記吐出が行われた後の状態を示している。吐出された細胞懸濁液Lxに含まれていた細胞凝集塊Cは、プレート2上の液体L中において浮遊している。ここでも、配管アダプタ15は「閉」の状態に維持されている。この後、図示は省略しているが、ヘッド42Aは上昇位置に移動される。
次に制御部51は、容器1の閉鎖空間Aからの空気抜き速度、つまり単位時間当たりの空気抜き出し流量V2を指定する(ステップS8)。この抜き出し流量V2は、ユーザーによって予め設定されたものである。指定された抜き出し流量V2は、流量調整機構3によるエア配管311の開度の調整によって実現される(ステップS9)。
ここで制御部51は、抜き出し流量V2を、分注チップ41から吐出させる細胞懸濁液Lxの単位時間当たり吐出量V1よりも少なくなるように設定する(V1>V2)。V1>V2の関係で閉鎖空間Aからの空気抜きを実行させることで、細胞凝集塊Cをゆっくりとプレート2上に沈降させることができる。従って、細胞凝集塊Cへのダメージを抑制することができる。V1とV2の比は、例えば、吐出量V1を1とするとき、抜き出し流量V2は3/4~1/4程度とすることが望ましく、1/2程度とすることが特に望ましい。
細胞懸濁液Lxの吐出が完了した後、制御部51は、流量調整機構3を動作させてステップS9で指定された流量V2で閉鎖空間Aの空気抜きが行われるよう、圧力口である配管アダプタ15を「開」の状態とする(ステップS10)。図15は、配管アダプタ15が「開」とされた直後の状態を示している。細胞懸濁液Lxが投入された分だけ、プレート2の上方の上部液体層LSの液面LTは、上位レベルLT1に上昇している。しかし、配管アダプタ15が「開」とされることで、閉鎖空間Aの空気がエア配管311を通して抜け出し始めると、先に図6に基づき詳述した通り、プレート2の貫通孔22には、その上面側から下面側に流れる液流LCが発生する。液流LCの発生によって、上部液体層LSの液面は上位レベルLT1から徐々に低下し、また細胞凝集塊Cはプレート2上へ沈降してゆく。これに呼応して、閉鎖空間Aが対向する液面LTは矢印a1で示すように上昇する。
制御部51は、配管アダプタ15が「開」とされた後、閉鎖空間Aからの空気抜き量が、ステップS1で指定した細胞懸濁液Lxの吸引量、すなわちステップS7における分注チップ41からの細胞懸濁液Lxの吐出量と同量になるか否かを確認する(ステップS11)。この確認は、単位時間当たりの抜き出し流量V2と時間との積と、ステップS1での細胞懸濁液Lxの吸引量とを比較することによる。
空気抜き量が細胞懸濁液Lxの吐出量に到達していない場合(ステップS11でNO)、ステップS10に戻って空気抜きが継続される。一方、空気抜き量が細胞懸濁液Lxの吐出量に到達すると(ステップS11でYES)、制御部51は、流量調整機構3を動作させて圧力口である配管アダプタ15を「閉」とする(ステップS12)。図16は、このステップS12の状態を示している。この状態では、細胞凝集塊Cの沈降が完了し、プレート2(保持部21)に細胞凝集塊Cが担持されている。上部液体層LSの液面と閉鎖空間Aが対向する液面とは、同じ高さになっている。但し、細胞凝集塊Cを含む細胞懸濁液が投入された分、液体Lの液面は事前の液面LTよりも高い増加レベルLT2に至っている。上記の閉動作により、閉鎖空間Aの壁面と液体Lとの間で発生する表面張力の作用を抑止することができる。前記表面張力は、閉鎖空間Aの液面上昇、その反面としてプレート2上の液面加工を惹起し、甚だしい場合にはプレート2の上面を干上がらせてしまう。上述の制御によって、閉鎖空間Aとプレート2上との液面バランスの均衡を達成でき、干上がりの回避のために必要以上に液体L(培地)を注液する必要性を無くすることができる。なお、空気抜き量と細胞懸濁液Lxの吐出量とが同量となった後(ステップS11でYES)、液流LCが止まっていない場合には、配管アダプタ15を「開」のままで維持させても良い。これにより、細胞凝集塊Cを保持部21の底部に保持させ易くなる。
以上説明した保持装置D1によれば、容器1に投入された細胞凝集塊Cを、制御された沈降速度でプレート2に担持させることができる。従って、夾雑物と細胞凝集塊との選別のために貫通孔22を有するプレート2を用いても、細胞凝集塊Cにダメージを与えないようにすることができる。この点を、本発明の比較例に係る保持装置を示す図17を参照して説明する。
比較例に係る保持装置で用いられる容器100は、容器本体101と、該容器本体101の開口を部分的に塞ぐ蓋部材102とからなる。蓋部材102には、細胞懸濁液Lxが注液される上部開口100Hが設けられている。プレート2は、蓋部材102で保持されている。容器本体101と蓋部材102との間には隙間Gが存在し、囲繞領域CA内の領域A1(本実施形態の閉鎖空間Aに相当)の空気は常時外部と流通できる状態である。
このような容器100の上部開口100Hから、分注チップ41にて細胞凝集塊Cを含む細胞懸濁液Lxが投入されたとする。この場合、細胞懸濁液Lxの投入と同時に領域A1の空気が抜け始める。つまり、プレート2の貫通孔22を通過する液流LCが、細胞懸濁液Lxの投入と同時に発生する。この液流LCに引きずられて、本来プレート2に担持させるべきサイズを備えた細胞凝集塊Cが、変形して貫通孔22を通過したり、プレート2に衝突して損傷したりする不具合が生じ得る。これに対し、本実施形態では、液流LCを発生させるタイミング及び液流LCの速さを、配管アダプタ15を「閉」とするタイミング及び空気抜き流量の制御によって適正にすることができるので、比較例装置のように細胞凝集塊Cにダメージを与える不具合は生じない。また、細胞凝集塊Cの沈降速度を、遅すぎない適正な速度にコントロールできる利点もある。
<第3実施形態>
上記第2実施形態では、培地となる液体L(細胞培養液)が予め容器1内に貯留され、また、分注チップ41からの1回の吐出動作で容器1への細胞懸濁液Lxの分注が完了することを想定した例を示した。第3実施形態では、液体Lの容器1への注液動作の一例を含み、分注チップ41から細胞懸濁液Lxを容器1へ複数回吐出させることを想定した例を示す。
上記第2実施形態では、培地となる液体L(細胞培養液)が予め容器1内に貯留され、また、分注チップ41からの1回の吐出動作で容器1への細胞懸濁液Lxの分注が完了することを想定した例を示した。第3実施形態では、液体Lの容器1への注液動作の一例を含み、分注チップ41から細胞懸濁液Lxを容器1へ複数回吐出させることを想定した例を示す。
図18は、第3実施形態に係る対象物の保持装置において用いられるチューブ10Aを示す図である。このチューブ10Aがチューブ10に代替される以外は、本実施形態の保持装置の構成は、図9に示した保持装置D1の構成と同じである。チューブ10Aは、下端付近がすり鉢状で、下端以外の部分が円筒状である。チューブ10Aの下端部分には、細胞凝集塊Cを含む細胞懸濁液Lxが貯留され、その上方部分には上澄み液SLが貯留されている。上澄み液SLは、細胞凝集塊Cがチューブ10Aの下端部分へ沈降することによって形成される、細胞凝集塊Cが存在しない液体層である。本実施形態では、この上澄み液SLを容器1に注液し、培地となる液体Lとして用いる。
図19は、第3実施形態における、制御部51による保持装置の制御動作を示すフローチャートである。以下、図9に示す装置構成を参照しつつ、第3実施形態の制御動作を説明する。なお、図9において、チューブ10が図18に示すチューブ10Aに代替されているものとする。
処理が開始されると、制御部51は、容器1に注液すべき上澄み液SLの容量の指定を、ユーザーから受け付ける(ステップS21)。ここで指定される容量は、少なくともプレート2の上面が上澄み液SLで覆われるような液量である。次に制御部51は、分注チップ41からの上澄み液SLの吐出速度、つまり単位時間当たりの吐出量V11の指定を受け付ける(ステップS22)。
また制御部51は、1単位の分注動作において容器1に注液すべき細胞懸濁液Lxの容量の指定を、ユーザーから受け付ける(ステップS23)。そして制御部51は、分注チップ41からの細胞懸濁液Lxの吐出速度、つまり単位時間当たりの吐出量V12の指定を受け付ける(ステップS24)。上澄み液SLの吐出量V11は、迅速な注液を実現するために比較的多い値に設定され、細胞懸濁液Lxの吐出量V12は、細胞凝集塊Cへのダメージを回避するために比較的少ない値に設定される。
続いて制御部51は、流量調整機構3を制御して、圧力口である配管アダプタ15を「開」の状態とする。つまり、閉鎖空間Aを大気に開放する(ステップS25)。これは、容器1の囲繞領域CA(図1)に上澄み液SLが進入できるようにするためである。その後、制御部51は、ボールねじモータ62を動作させて、ヘッドユニット61(ヘッド42A)をチューブ10Aの上空へ移動させる(ステップS26)。ステップS26の実行後は、チューブ10Aの上面開口部に、ヘッド42Aの下端に装着された分注チップ41が対向している。また、ヘッド42Aは上昇位置にあり、ピストンロッド44は、上下方向の可動範囲の最下位置まで下降している。
次に制御部51は、駆動部45を動作させ、ヘッド42Aを下降させる。この下降量は、分注チップ41の開口41Tを含む下方部分が、チューブ10Aの上方に存在する上澄み液SLの層に届く、比較的浅い下降量である。この下降後に制御部51は、駆動部45によりピストンロッド44を予め定められた単位長さだけ上昇させ、開口41Tに吸引力を発生させる。かかる動作により、単位吸引量に相当する上澄み液SLが、分注チップ41内に吸引される(ステップS27)。その後、制御部51は駆動部45を動作させ、ヘッド42Aを上昇させる。
続いて、ヘッドユニット61が容器1の上空に移動される。すなわち、制御部51はボールねじモータ62を動作させ、分注チップ41が容器1の上部開口1H(プレート2)と対向する位置まで、ヘッドユニット61を右方へ移動させる(ステップS28)。しかる後、制御部51は駆動部45を制御し、ピストンロッド44を下降させる。このときの下降速度は、ステップS22で指定された吐出量V11(吐出速度)に対応するものである。これにより、分注チップ41に保持されている上澄み液SLは、上部開口1Hを通して容器1内に吐出される(ステップS29)。
次いで制御部51は、上澄み液SLの容器1への注液量が、ステップS21で指定した容量に達したか否かを確認する(ステップS30)。指定容量に達していない場合(ステップS30でNO)、ステップS26に戻り、同じ動作が繰り返される。つまり、上澄み液SLの前記吸引及び吐出動作が繰り返される。一方、指定容量に達した場合(ステップS30でYES)、細胞懸濁液Lxの注液に備え、制御部51は流量調整機構3を制御して、配管アダプタ15を「閉」の状態とする。つまり、閉鎖空間Aから空気が抜け出さない状態が形成される(ステップS31)。
その後、制御部51は、ボールねじモータ62を動作させて、ヘッドユニット61(ヘッド42A)をチューブ10Aの上空へ移動させる(ステップS32)。続いて制御部51は、駆動部45を動作させ、ヘッド42Aを下降させる。この下降量は、分注チップ41の開口41Tが、チューブ10Aの下端付近に存在する細胞懸濁液Lxの層に届く、比較的深い下降量である。この下降後に制御部51は、駆動部45によりピストンロッド44を予め定められた単位長さだけ上昇させ、単位吸引量に相当する細胞懸濁液Lxを分注チップ41内に吸引させる(ステップS33)。その後、制御部51は駆動部45を動作させ、ヘッド42Aを上昇させる。
続いて、ヘッドユニット61が容器1の上空に移動される(ステップS34)。しかる後、制御部51は駆動部45を制御し、ピストンロッド44を下降させる。このときの下降速度は、ステップS24で指定された吐出量V12(吐出速度)に対応するものである。これにより、分注チップ41に保持されている細胞懸濁液Lxは、上部開口1Hを通して容器1内に吐出される(ステップS35)。
次いで制御部51は、細胞懸濁液Lxの容器1への注液量が、ステップS23で指定した容量に達したか否かを確認する(ステップS36)。指定容量に達していない場合(ステップS36でNO)、ステップS32に戻り、同じ動作が繰り返される。つまり、細胞懸濁液Lxの前記吸引及び吐出動作が繰り返される。
一方、指定容量に達した場合(ステップS36でYES)、制御部51は、容器1の閉鎖空間Aからの空気抜き速度、つまり単位時間当たりの空気抜き出し流量を指定する(ステップS37)。このステップS37の処理は、先に図10のフローチャートにおいて説明したステップS8の処理と同じである。以下のステップS38~ステップS41の処理も、図10のステップS9~ステップS12と同じである。重複を避けるため、ここでは説明を省略する。
<第4、第5実施形態>
続いて、上述の流量調整機構3のより具体的な例を2つ、第4、第5実施形態として例示する。図20は、本発明の第3実施形態に係る対象物の保持装置D2を概略的に示すブロック図である。保持装置D2は、第1実施形態と同じ容器1、プレート2及び投入部材4に加え、他の実施形態に係る流量調整機構3Aと、その動作を制御する制御部52とを備えている。
続いて、上述の流量調整機構3のより具体的な例を2つ、第4、第5実施形態として例示する。図20は、本発明の第3実施形態に係る対象物の保持装置D2を概略的に示すブロック図である。保持装置D2は、第1実施形態と同じ容器1、プレート2及び投入部材4に加え、他の実施形態に係る流量調整機構3Aと、その動作を制御する制御部52とを備えている。
流量調整機構3Aは、コック32、バルブ33及びポンプ34を含む。エア配管311は、一端が配管アダプタ15に接続され、他端側に向けて順次、三方分岐管312、コック32及びバルブ33が組み入れられ、他端は大気に開放されている。三方分岐管312には分岐管313の一端が接続され、他端にはポンプ34が接続されている。
コック32は、エア配管311の開度を規制する絞り弁を備える。このコック32により、エア配管311を通過することができる空気の量、つまり単位時間当たりの空気抜き量が決定される。バルブ33は、例えば電磁弁であり、エア配管311を閉止又は開放する弁装置である。ポンプ34は、例えばソレノイド型のポンプであり、一回の動作で一定量の空気を吐出することができるポンプである。制御部52は、バルブ33の開閉動作と、ポンプ34の動作を制御する。
制御部52は、投入部材4から細胞凝集塊Cを含む細胞懸濁液を吐出させたる際、バルブ33を「閉」とする。つまり、圧力口である配管アダプタ15が「閉」とされる。細胞懸濁液の吐出が完了した後、制御部52は、バルブ33を「開」とする。これにより、閉鎖空間Aの空気抜きが開始される。この点は、先の第1実施形態と同じである。但し、この際に制御部52は、ポンプ34を動作させる。ポンプ34の動作により、分岐管313及び三方分岐管312を通して、エア配管311に一定量の空気が供給される。
ポンプ34から供給される空気は、閉鎖空間Aの空気と共にエア配管311の他端から大気中に放出されることになる。このことは、閉鎖空間Aの空気が一気に抜け出してしまうことを阻止する。つまり、閉鎖空間Aの空気がエア配管311を通して大気中へ抜け出すに際し、コック32により流量が規制されている上に、ポンプ34から空気が供給されることで加圧力がエア配管311内に加えられる。これにより、閉鎖空間Aの空気の抜け出しがさらに規制されるようになる。また、ポンプ34からの空気の供給量を制御することで、閉鎖空間Aからの空気の抜け出し量をより細かく制御することが可能となる。
さらに、本実施形態の流量調整機構3Aによれば、先に図8に基づいて説明した、一旦プレート2に担持された細胞凝集塊Cを舞い上がらせる逆液流LCRの形成にも対応することができる。制御部52は、逆液流LCRを発生させる際、バルブ33を「閉」とする。これにより、分岐管313は大気と遮断され、閉鎖空間Aとだけ連通する。この状態で、制御部52はポンプ34を動作させ、空気を一定量吐出させる。この空気は、分岐管313及びエア配管311を介して閉鎖空間Aへ導入される。従って、閉鎖空間Aは加圧されるので、逆液流LCRを発生させることができる。
図21は、本発明の第5実施形態に係る対象物の保持装置D3を概略的に示すブロック図である。保持装置D3は、第1実施形態と同じ容器1、プレート2及び投入部材4に加え、他の実施形態に係る流量調整機構3Bと、その動作を制御する制御部53とを備えている。第4実施形態と相違する点は、流量調整機構3Bが、コック32及びバルブ33に代えて、同様な働きを為すマスフローコントローラー35を備えている点である。
マスフローコントローラー35は、エア配管311の開度を規制する絞り弁としての機能、及びエア配管311の開閉を行う機能の双方を有している。このマスフローコントローラー35の動作は、制御部53によって制御される。制御部53は、マスフローコントローラー35及びポンプ34を制御して、第3実施形態と同様に液流LC及び逆液流LCRを発生させる。
<配管例の説明>
以下、容器1に対する配管の好ましい例を図22~図24に基づいて説明する。ここで挙げるのは、上記実施形態で例示したエア配管311に代替される配管態様である。図22では、エルボ管143とワンタッチジョイント144とを備える配管例を示している。エルボ管143の一端は容器1の配管アダプタ15に接続され、他端にワンタッチジョイント144が取り付けられている。容器1はテーブルBの上に載置されている。
以下、容器1に対する配管の好ましい例を図22~図24に基づいて説明する。ここで挙げるのは、上記実施形態で例示したエア配管311に代替される配管態様である。図22では、エルボ管143とワンタッチジョイント144とを備える配管例を示している。エルボ管143の一端は容器1の配管アダプタ15に接続され、他端にワンタッチジョイント144が取り付けられている。容器1はテーブルBの上に載置されている。
テーブルBには、先の実施形態で示した流量調整機構3、3A、3Bの構成部材が備えられている。テーブルBの上面には、流量調整機構3、3A、3Bの終端部であって、ワンタッチジョイント144を受け入れるレセプタクル144Aが設けられている。この配管例によれば、容器1をテーブルBに載置すると共に、ワンタッチジョイント144をレセプタクル144Aに接続するだけで、閉鎖空間Aからの空気の抜き出し、及び閉鎖空間Aへの空気の吐出の経路が確保できる利点がある。
図23の配管例は、ワンタッチジョイント144と、容器1内に配置される内部管145とを備えている。内部管145は、容器1に貯留される液体の液面高さよりも長い長さを有する直線管である。内部管145の上端は閉鎖空間A内に開口し、下端にはワンタッチジョイント144が取り付けられている。ワンタッチジョイント144のジョイント部分は、容器1の底壁から下方に突出している。テーブルBには、図22の配管例と同様なレセプタクル144Aが具備されている。この配管例によれば、ワンタッチジョイント144をレセプタクル144Aに位置合わせした状態で、容器1をテーブルBに載置するだけで、閉鎖空間Aに対する空気通路を確保できる。
図24の配管例は、配管アダプタ15にピペットチップ146の先端を嵌め入れる配管例である。配管アダプタ15の内周面には、密閉性を確保するためのシールリング16が取り付けられる。ピペットチップ146は、先端開口を通して空気の吸引/吐出を行うことができる。ピペットチップ146は、ピストン部材の機械的動作により前記吸引/吐出を行うものや、手動で前記吸引/吐出を行うものを用いることができる。あるいは、吸液していない分注チップ41を、ピペットチップ146に代替して用いることもできる。ピペットチップ146の動作により、閉鎖空間Aに対する空気の吐出及び吸引を行うことができる。
なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
本発明の一局面に係る対象物の保持装置は、液体を貯留する容器であって、貯留した液体中に対象物を投入させるための上部開口と、底壁とを備える容器と、前記対象物を保持すると共に、保持している前記対象物を、前記上部開口を通して前記容器内へ投入する投入部材と、上面と下面とを有し、前記上面が前記上部開口に対向し、前記下面が前記容器の前記底壁に対して間隔を置いた状態で前記液体中に浸漬され、前記上面側に配置され前記対象物を担持する1又は複数の保持部と、前記保持部の配置位置に形成され前記上面から前記下面に貫通する貫通孔とを備えるプレートと、前記投入部材による前記対象物の投入後に、前記上面の側から前記下面の側に向けて制御された流速で前記貫通孔を通過する液流を発生させることで、前記対象物が前記投入から前記保持部に担持されるまでの速度を調整する液流調整機構と、を備える。
上記の保持装置によれば、対象物は、容器が貯留する液体中に浸漬されたプレートの保持部に保持される。保持部には、貫通孔が付設されている。液流調整機構は、前記対象物の投入後に、プレートの上面の側から下面の側に向けて制御された流速で前記貫通孔を通過する液流を発生させる。前記液流は、投入された対象物の沈降に影響を与える。従って、前記対象物が前記プレートに保持されるまでの速度を、前記液流によって調整することができる。
上記の保持装置において、前記保持部は、上部が開口した凹部であり、前記貫通孔の前記上面の側の開口は、前記凹部の底面に配置されていることが望ましい。
この保持装置によれば、保持部が凹部からなるので、対象物を凹部の側壁面で拘束した状態で良好に保持することができる。また、貫通孔の開口が凹部の底面に配置されているので、対象物を前記液流によって凹部に導き易い利点がある。
上記の保持装置において、前記投入部材が、対象物が混合された懸濁液を保持すると共に、前記懸濁液の吐出口を備えたチップ部材であり、前記チップ部材は、前記懸濁液を、前記上部開口を通して前記容器内へ吐出することが望ましい。
この保持装置によれば、対象物が懸濁液に混合された状態で容器に投入されるので、飛散の怖れなく対象物を容器内の液体中へ投入させることができる。また、投入動作も、前記チップ部材の吐出動作だけであるので、簡易且つ容易である。
上記の保持装置において、前記容器は、前記液体を所定の液面高さで貯留する容器であり、前記上部開口を画定する上端部と、前記プレートの周縁を保持する下端部とを備える筒状の内周壁と、前記内周壁に連設される上縁部と、前記底壁に連設される下縁部とを備える筒状の外周壁と、を備え、前記容器内には、前記内周壁、前記外周壁、前記底壁及び前記プレートによって囲繞領域が形成され、前記液体の液面が前記プレートよりも上方に位置するように当該容器が前記液体を貯留した状態においては、前記囲繞領域内の液面上に閉鎖空間が形成され、前記液流調整機構は、前記懸濁液の吐出の後に、前記閉鎖空間の空気を制御された流量で抜くことで、前記液流を発生させることが望ましい。
この保持装置によれば、容器及びプレートの形状的と液面高さの設定とにより、前記囲繞領域内の液面上に閉鎖空間が形成される。前記液流は、前記閉鎖空間の空気を抜くことにより形成される。従って、前記液流をシンプルな機構で発生させることができる。
この場合、保持装置は、前記チップ部材が、前記懸濁液を単位時間当たり吐出量V1で前記容器内へ吐出する場合に、前記液流調整機構は、単位時間当たりの流量がV1よりも少ない流量V2で、前記閉鎖空間の空気を抜くことが望ましい。
この保持装置によれば、V1>V2の関係で、前記懸濁液の吐出と前記閉鎖空間からの空気抜きが実行されるので、対象物をゆっくりとプレート上に沈降させることができる。従って、対象物へのダメージを抑制することができる。
上記の保持装置において、前記容器は、前記閉鎖空間に連通する作業孔を備え、前記作業孔に一端が接続され、他端が大気に開放された空気抜き用の配管をさらに備え、前記液流調整機構は、前記配管に組み付けられた流量規制部を備える。
この保持装置によれば、前記懸濁液の吐出によって加圧された状態となる前記閉鎖空間の空気を、前記配管を通して抜くことができる。この配管には流量規制部が組み付けられているので、前記液流の速度を前記流量規制部による規制度合いによって制御することができる。
この場合、保持装置は、前記作業孔と前記流量規制部との間において前記配管に分岐接続され、前記配管内に空気を吐出することが可能なポンプをさらに備えることが望ましい。
この保持装置によれば、前記配管による空気抜き時にポンプから空気を当該配管に送り込むことにより、前記閉鎖空間の空気が急激に抜けてしまうことを防止できる。
上記の対象物の保持装置において、前記対象物が、生体由来の細胞であること、とくに細胞凝集塊であることが望ましい。
以上説明した本発明に係る対象物の保持装置によれば、容器に投入された対象物を容器中の液体に浸漬されたプレートにて保持させるに際し、前記対象物が前記プレートに保持されるまでの速度を調整することができる。従って、対象物にダメージや変形を与えず当該対象物の的確な画像を得ることができ、また作業効率の良い対象物の保持装置を提供することができる。
Claims (8)
- 液体を貯留する容器であって、貯留した液体中に対象物を投入させるための上部開口と、底壁とを備える容器と、
前記対象物を保持すると共に、保持している前記対象物を、前記上部開口を通して前記容器内へ投入する投入部材と、
上面と下面とを有し、前記上面が前記上部開口に対向し、前記下面が前記容器の前記底壁に対して間隔を置いた状態で前記液体中に浸漬され、前記上面側に配置され前記対象物を担持する1又は複数の保持部と、前記保持部の配置位置に形成され前記上面から前記下面に貫通する貫通孔とを備えるプレートと、
前記投入部材による前記対象物の投入後に、前記上面の側から前記下面の側に向けて制御された流速で前記貫通孔を通過する液流を発生させることで、前記対象物が前記投入から前記保持部に担持されるまでの速度を調整する液流調整機構と、
を備える対象物の保持装置。 - 請求項1に記載の対象物の保持装置において、
前記保持部は、上部が開口した凹部であり、
前記貫通孔の前記上面の側の開口は、前記凹部の底面に配置されている、対象物の保持装置。 - 請求項1又は2に記載の対象物の保持装置において、
前記投入部材が、対象物が混合された懸濁液を保持すると共に、前記懸濁液の吐出口を備えたチップ部材であり、
前記チップ部材は、前記懸濁液を、前記上部開口を通して前記容器内へ吐出する、対象物の保持装置。 - 請求項3に記載の対象物の保持装置において、
前記容器は、
前記液体を所定の液面高さで貯留する容器であり、
前記上部開口を画定する上端部と、前記プレートの周縁を保持する下端部とを備える筒状の内周壁と、
前記内周壁に連設される上縁部と、前記底壁に連設される下縁部とを備える筒状の外周壁と、を備え、
前記容器内には、前記内周壁、前記外周壁、前記底壁及び前記プレートによって囲繞領域が形成され、前記液体の液面が前記プレートよりも上方に位置するように当該容器が前記液体を貯留した状態においては、前記囲繞領域内の液面上に閉鎖空間が形成され、
前記液流調整機構は、前記懸濁液の吐出の後に、前記閉鎖空間の空気を制御された流量で抜くことで、前記液流を発生させる、対象物の保持装置。 - 請求項4に記載の対象物の保持装置において、
前記チップ部材が、前記懸濁液を単位時間当たり吐出量V1で前記容器内へ吐出する場合に、
前記液流調整機構は、単位時間当たりの流量がV1よりも少ない流量V2で、前記閉鎖空間の空気を抜く、対象物の保持装置。 - 請求項4又は5に記載の対象物の保持装置において、
前記容器は、前記閉鎖空間に連通する作業孔を備え、
前記作業孔に一端が接続され、他端が大気に開放された空気抜き用の配管をさらに備え、
前記液流調整機構は、前記配管に組み付けられた流量規制部を備える、対象物の保持装置。 - 請求項6に記載の対象物の保持装置において、
前記作業孔と前記流量規制部との間において前記配管に分岐接続され、前記配管内に空気を吐出することが可能なポンプをさらに備える、対象物の保持装置。 - 請求項1~7のいずれか1項に記載の対象物の保持装置において、
前記対象物が、生体由来の細胞である、対象物の保持装置。
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