アクチュエータ及びアクチュエータを備えるマニピュレータ及びアクチュエータを用いた細胞の操作方法
【課題】操作対象となる細胞の周囲の培養細胞を損傷せず、前記細胞のみをシャーレから除去、または回収することが可能なアクチュエータを提供する。
【解決手段】対向配置した２つの転がり軸受と、２つの転がり軸受の各内輪の内周面と嵌合する回転軸と、２つの転がり軸受の各内輪の間に設けられた内輪間座と、回転軸と連結されるボールねじナットと、ボールねじナットと螺合するねじ軸と、２つの転がり軸受のうち一方の外輪に隣接配置される圧電素子と、２つの転がり軸受と圧電素子に予圧を付与するスペーサと、ねじ軸の軸方向に接続されたガラス針とを有するアクチュエータであって、ガラス針の先端部と操作対象となる細胞とを接触させ、圧電素子を超音波振動よりも低い周波数で微細伸縮させることによりガラス針を微小振動させ、細胞の貼りつきを解除し、細胞を入れたシャーレの底面から細胞を剥離または除去することを特徴とする。
【解決手段】対向配置した２つの転がり軸受と、２つの転がり軸受の各内輪の内周面と嵌合する回転軸と、２つの転がり軸受の各内輪の間に設けられた内輪間座と、回転軸と連結されるボールねじナットと、ボールねじナットと螺合するねじ軸と、２つの転がり軸受のうち一方の外輪に隣接配置される圧電素子と、２つの転がり軸受と圧電素子に予圧を付与するスペーサと、ねじ軸の軸方向に接続されたガラス針とを有するアクチュエータであって、ガラス針の先端部と操作対象となる細胞とを接触させ、圧電素子を超音波振動よりも低い周波数で微細伸縮させることによりガラス針を微小振動させ、細胞の貼りつきを解除し、細胞を入れたシャーレの底面から細胞を剥離または除去することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニピュレータに係り、特に、駆動対象を動作させて、試料に所定の操作を施すためのマニピュレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バイオテクノロジーの分野において、顕微鏡の観察下で細胞に針を挿入し、細胞の核などを操作するマイクロマニピュレータとして、レーザーや電極の周囲に発生させる乱流波によって、細胞を操作するものが知られている。また、超音波振動子を用いたものも提案されており、これは、超音波振動子を用いてマニピュレータの操作針を微細振動させることよって、卵細胞の透明体に穿孔したり、ある領域内にある細胞の分離、掻き出したりするものである。
【０００３】
特許文献１では、マニピュレータの針先端で細胞に穿孔するために、また特許文献２には、ある領域にある細胞の分離、掻き出しを行うために、同様に超音波振動子で針状体を微動させる手法が開示されている。しかしながら、超音波振動を発生させることは難しく、超音波振動は操作対象の細胞の周辺細胞にまで影響を与える可能性がある。このため、例えば培養細胞中の異常細胞などの特定の細胞のみを除去する場合、細胞の入れられた容器の底面に比較的強固に貼りついた細胞を剥離することは可能となるが、同時に周辺細胞を傷つけてしまう虞があり、周辺細胞を継続培養することが困難となる。また、超音波振動を用いたもので、前述のような特定の細胞単体を周辺細胞を損傷することなく剥離する用途のものは知られていない。
【０００４】
また、特許文献２では針状体で掻き出しをした後、掻き出された細胞を針状体とは別体に設けられた毛管により吸引することが記載されている。しかしながら、掻き出しと吸引の操作を別々に行うことにより、マニピュレータの操作が複雑化し、作業効率が低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１５９６９８号公報
【特許文献２】特開２００１−４１８６４号公報
【特許文献３】特開２００８−２２９７７６号公報
【特許文献４】特開２００９−２１１０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の問題に鑑み、本発明は、操作対象となる細胞の周辺細胞に影響を与えることなしに対象細胞を採取でき、周辺細胞の継続培養が可能なアクチュエータ及びそれを搭載したマニピュレータ及びその操作方法を提供することを第１の目的とする。また、本発明は、作業効率を向上させることができるアクチュエータ及びそれを搭載したマニピュレータ及びその操作方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）対向配置した２つの転がり軸受と、前記２つの転がり軸受の各内輪の内周面と嵌合する回転軸と、前記２つの転がり軸受の各内輪の間に設けられた内輪間座と、前記回転軸と連結されるボールねじナットと、前記ボールねじナットと螺合するねじ軸と、前記２つの転がり軸受のうち一方の外輪に隣接配置される圧電素子と、前記２つの転がり軸受と圧電素子に予圧を付与するスペーサと、前記ねじ軸の軸方向に接続されたガラス針と、を有するアクチュエータであって、
前記ガラス針の先端部と操作対象となる細胞とを接触させ、前記圧電素子を超音波振動よりも低い周波数で微細伸縮させることにより前記ガラス針を微小振動させ、前記細胞の貼りつきを解除し、前記細胞を入れた容器から前記細胞を剥離または除去することを特徴とするアクチュエータ。
（２）前記操作対象となる細胞が培養細胞の中の少なくとも一つの細胞であることを特徴とする（１）に記載のアクチュエータ。
（３）（１）または（２）に記載のアクチュエータを備えるマニピュレータと、前記容器を載置するベースと、を備えるマニピュレータシステムであって、前記ガラス針を微小振動させながら、前記ガラス針の先端を前記細胞に対して、前記細胞の外郭に倣って相対移動させ、１個単位で細胞全体を剥離または除去することを特徴とするマニピュレータシステム。
（４）前記ガラス針を中空とし、前記ガラス針に吸引機構を接続し、前記剥離した細胞を吸引または回収することを特徴とする（３）のマニピュレータシステム。
（５）対向配置した２つの転がり軸受と、前記２つの転がり軸受の各内輪の内周面と嵌合する回転軸と、前記２つの転がり軸受の各内輪の間に設けられた内輪間座と、前記回転軸と連結されるボールねじナットと、前記ボールねじナットと螺合するねじ軸と、前記２つの転がり軸受のうち一方の外輪に隣接配置される圧電素子と、前記２つの転がり軸受と圧電素子に予圧を付与するスペーサと、前記ねじ軸の軸方向に接続されたガラス針とを有するアクチュエータを用いた細胞の操作方法であって、前記圧電素子を超音波振動よりも低い周波数で微細伸縮させることにより前記ガラス針を微小振動させ、前記細胞の貼りつきを解除し、前記細胞を入れた容器から前記細胞を剥離または除去することを特徴とする細胞の操作方法。
（６）前記ガラス針を微小振動させながら、前記ガラス針の先端を前記細胞に対して、前記細胞の外郭に倣って相対移動させ、前記細胞を入れた容器底面から前記細胞を剥離または除去することを特徴とする（５）に記載の細胞の操作方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、操作対象となる細胞の周辺細胞を損傷せず、前記細胞のみをシャーレ等の容器から除去、または回収することが可能となる。また、操作対象となる細胞がシャーレの底面に固着した場合でも、細胞を１個単位で剥離、回収することが容易となる。さらに、本発明のマニピュレータシステムを用いることで、熟練した作業者でなくても作業が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態を示すマニピュレータシステムのブロック図である。
【図２】圧電アクチュエータの正面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】圧電アクチュエータの斜視図である。
【図５】（Ａ）はベース２２の平面図、（Ｂ）はベース２２の正面図である。
【図６】剥離作業の一例を示す模式図である。
【図７】吸引作業の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
（マニピュレータシステムの構成）
図１は、本発明の一実施形態を示すマニピュレータシステムの構成図である。図１において、マニピュレータシステム１０は、顕微鏡観察下で試料に人工操作を実施するためのシステムとして、顕微鏡ユニット１２と、マニピュレータ１６とを備えており、顕微鏡ユニット１２の傍にマニピュレータ１６が配置されている。
【００１１】
顕微鏡ユニット１２は、撮像素子としてのカメラ１８、顕微鏡２０、試料台としてのベース２２を備えている。このベース２２の直上に顕微鏡２０が配置される構造となっている。なお、顕微鏡２０とカメラ１８とは一体構造となっており、ベース２２に向けて光を照射する光源（図示せず）を備えている。
【００１２】
ベース２２上にはシャーレ等に入れられた培養細胞等の試料（図示せず）が乗せられるようになっている。この状態で、ベース２２上の細胞で反射した光が顕微鏡２０に入射する。試料に関する光学像は、顕微鏡２０で拡大されたあとカメラ１８により撮像された画像を基に試料を観察することができる。
【００１３】
マニピュレータ１６は、直交３軸構成のマニピュレータとして、ピペット（インジェクションピペット）３４と、Ｘ−Ｙ軸テーブル３６と、Ｚ軸テーブル３８と、Ｘ−Ｙ軸テーブル３６を駆動する駆動装置４０と、Ｚ軸テーブル３８を駆動する駆動装置４２を備える。ピペット３４は、Ｚ軸テーブル３８に連結され、Ｚ軸テーブル３８は、Ｘ−Ｙ軸テーブル３６上に上下動自在に配置され、駆動装置４０、４２はコントローラ４３に接続されている。ピペット３４の先端にはガラス針３４Ａが取り付けられている。
【００１４】
Ｘ−Ｙ軸テーブル３６は、駆動装置４０の駆動により、Ｘ軸またはＹ軸に沿って移動するように構成され、Ｚ軸テーブル３８は、駆動装置４２の駆動により、Ｚ軸に沿って（鉛直軸方向に沿って）移動するように構成されている。Ｚ軸テーブル３８に連結されたピペット３４は、Ｘ−Ｙ軸テーブル３６とＺ軸テーブル３８の移動にしたがって、３次元空間を移動領域として移動し、ベース２２上の試料に人工操作を行うように構成されている。
【００１５】
Ｘ−Ｙ軸テーブル３６は、駆動装置４０の駆動（モータ）により、Ｘ軸またはＹ軸に沿って移動するように構成され、Ｚ軸テーブル３８は、駆動装置４２の駆動（モータ）により、Ｚ軸に沿って（鉛直軸方向に沿って）移動するように構成されているとともに、ベース２２上の細胞などに、針を挿入するための挿入対象とするピペット３４を連結している。すなわち、Ｘ−Ｙ軸テーブル３６とＺ軸テーブル３８は、駆動装置４０、４２の駆動により、ベース２２上の細胞などを含む３次元空間を移動領域として移動し、ピペット３４を、例えばピペット３４の先端側からベース２２上の細胞（試料）に対して、ガラス針３４Ａを挿入するための挿入位置まで粗動駆動する粗動機構（３次元軸移動テーブル）として構成されている。
【００１６】
また、Ｚ軸テーブル３８は、いわゆるナノポジショナとしての機能を備えている。ナノポジショナは、ピペット３４をＸ軸−Ｙ軸−Ｚ軸方向へ自在に移動可能に支持する。さらに、Ｚ軸テーブル３８はピペット３４をその長手方向（軸線方向）に沿って微動駆動する微動機構４４を備えている。
【００１７】
（微動機構の構成）
微動機構４４は、図２乃至図４に示すように、圧電アクチュエータの本体を構成するハウジング４８を備えており、ほぼ筒状に形成されたハウジング４８内には、ピペット３４を駆動対象として、外周側にねじ部を有するねじ軸５２と、ねじ軸５２を囲む中空状の回転軸５４が挿通されている。ハウジング４８はその底部がベース５６に固定されている。
【００１８】
ねじ軸５２の先端側には、治具５８を介してピペット３４の根元側が連結されており、ねじ軸５２の中程には、ねじ軸５２外周のねじ部とねじ結合されるねじ要素としてのボールねじナット６０が装着され、治具５８とねじ軸５２との間にはスライダ６２が連結されている。スライダ６２はベース５６とほぼ直交する方向に配置され、切り欠き６４を間にしてリニアガイド６６に連結されている。リニアガイド６６はベース５６底部側に配置され、ベアリング６８を介して、ねじ軸５２の軸方向に沿って移動自在にベース５６に連結されている。
【００１９】
すなわち、リニアガイド６６は、ねじ軸５２の軸方向の移動に合わせて、ねじ軸５２の先端側を支持したスライダ６２を、ベース５６に沿って往復動させるようになっている。この際、ねじ軸５２のうちボールねじナット６０よりもピペット３４側の部位が、スライダ６２を介してリニアガイド６６でスライド自在に支持されるので、ねじ軸５２の直線運動をピペット３４へ伝達することができる。
【００２０】
ボールねじナット６０は、回転軸５４の軸方向一端側（先端側）の段部５４ａに固定されているとともに、ねじ軸５２外周のねじ部とねじ結合され、ねじ軸５２がその軸方向に沿って往復運動（直線運動）するのを自在に支持するようになっている。すなわち、ボールねじナット６０は、回転軸５４の回転運動をねじ軸５２の直線運動に変換するための要素として構成されている。
【００２１】
回転軸５４の軸方向他端側は、中空モータ７０内の回転部に連結されている。中空モータ７０のハウジング７４には、その底部側がベース５６に弾性体としてのゴムワッシャ７６を介してボルト７８が固定されている。中空モータ７０が駆動されると回転軸５４が回転し、回転軸５４の回転運動がボールねじナット６０を介してねじ軸５２に伝達され、ねじ軸５２がその軸方向に沿って直線運動するようになっている。
【００２２】
一方、回転軸５４の段部５４ａに隣接して、転がり軸受８０、８２が内輪間座８４を間にして収納されている。転がり軸受８０、８２は、それぞれ内輪８０ａ、８２ａと、外輪８０ｂ、８２ｂと、内輪と外輪間に挿入されたボール８０ｃ、８２ｃを備え、各内輪８０ａ、８２ａが回転軸５４の外周面に嵌合され、各外輪８０ｂ、８２ｂがハウジング４８の内周面に嵌合され、回転軸５４を回転自在に支持するようになっている。転がり軸受８０、８２は、内輪間座８４を間にし、回転軸５４にロックナット８６により固定されている。転がり軸受８０は、ハウジング４８内の段部５４ａと円環状のスペーサ９２と当接することにより、回転軸５４の軸方向への移動が規制されるようになっている。転がり軸受８２の外輪８２ｂとハウジング４８の蓋８８との間に、円環状の圧電素子９０と円環状のスペーサ９２が圧入されている。
【００２３】
また、各転がり軸受８０、８２、圧電素子９０は、スペーサ９２の長さを調節し、蓋８８を閉めることにより、予圧が付与される。具体的には、スペーサ９２の長さを調整し、蓋８８を閉めると、その位置に応じた締結力が転がり軸受８２と転がり軸受８０の外輪８２ｂ、８０ｂに、軸方向に沿った押圧力として予圧が付与されるとともに、同時に圧電素子９０にも予圧が付与される。これにより、転がり軸受８０、８２および圧電素子９０に所定の予圧が付与され、転がり軸受８０、８２の外輪間に軸方向間の距離としての間隙９４が形成される。
【００２４】
圧電素子９０は、リード線（図示せず）を介して制御回路としてのコントローラ４３に接続されており、コントローラ４３からの電圧に応じて回転軸５４の長手方向（軸方向）に沿って伸縮する圧電アクチュエータの一要素として構成されている。すなわち、圧電素子９０は、コントローラ４３からの印加電圧に応答して、回転軸５４の軸方向に沿って伸縮し、回転軸５４をその軸方向に沿って微動させるようになっている。回転軸５４が軸方向に沿って微動すると、この微動がねじ軸５２を介してピペット３４に伝達され、ピペット３４の位置が微調整されることになる。
【００２５】
上記構成において、マニピュレータ１６を駆動するに際しては、ＸＹ軸テーブル３６とＺ軸テーブル３８を粗動駆動して、ピペット３４をベース２２の細胞に近づけて位置決めしたあと、微動機構４４を用いてピペット３４を微動駆動する。
【００２６】
コントローラ４３には、入力手段としてジョイスティック４３Ａが設けられており、このジョイスティック４３Ａの操作に基づいて、圧電素子に所定の電圧（例えば矩形波或いは台形波）が印加され、これに応じてピペット３４が移動する（指示操作モード）。
【００２７】
ところで、ベース２２に試料（培養細胞等）を入れたシャーレＳを載せた後、ガラス針３４Ａによって当該試料を採取する場合、試料がシャーレＳに貼り付いていると採取がうまくできない場合がある。そこで、本発明に係るマニピュレータシステム１０では、ジョイスティック４３Ａに振動指示ボタン４３Ｂを設け、この振動指示ボタン４３Ｂが操作された場合には、コントローラ４３では、指示操作モードに変わり振動モードが実行されるようになっている。
【００２８】
振動モードは微動機構４４の圧電素子９０に振動波形（例えば、通常よりも高周波の周波数を持つ正弦波、矩形波、三角波等の波形）の電圧を印加するようになっている。この結果、ガラス針３４Ａが振動することになり、この振動が試料に伝わることで、試料はシャーレＳから剥がれ易くなる。
【００２９】
図５（Ａ）は振動モード時のベース２２に載置されたシャーレＳを平面視した状態であり、図５（Ｂ）はシャーレＳの正面視した状態を示している。圧電素子９０に電圧を印加してピペット３４の長手方向に伸縮させることにより、ガラス針３４Ａは慣性の法則（振動に対する動きの鈍さ）を伴って振動し、試料をシャーレＳから剥ぎ取ることができる。
【００３０】
（操作方法）
以下に、本発明に係るマニピュレータシステム１０を用いて、培養細胞中において異常細胞などの特定の細胞のみを除去する方法を説明する。
【００３１】
まず、本発明に係るマニピュレータシステム１０を使用する場合、マニピュレータ１６のピペット３４の先端にガラス針３４Ａを装着する。このガラス針３４Ａは、ベース２２側が縮径した先細り形状となっていることが好ましい。これにより、隣接する細胞に影響を及ぼすことなく、除去対象の細胞にのみ操作が可能となる。
【００３２】
次に、試料となる細胞が培養されたシャーレＳをベース２２に載置する。その後、マニピュレータ１６を操作することにより、ガラス針３４Ａの先端部３４ＡａがシャーレＳ内の操作対象の細胞Ｘと接触するように位置決めをする（図６（Ａ））。
【００３３】
具体的には、１回目（初めて）の操作の場合、顕微鏡倍率を低倍率にし、駆動装置４０、４２及び／または微動機構４４を駆動することで、顕微鏡２０の視野内にガラス針３４Ａが確認でき次第、駆動装置４０、４２及び／または微動機構４４の駆動を停止する。
【００３４】
このあと、コントローラ４３の画像処理を利用し、微動機構４４を駆動することで顕微鏡２０の視野内に、ガラス針３４Ａを最適位置へ移動し、微動機構４４の駆動を停止する。このとき必要であれば、ＸＹＺの駆動系も駆動して良い。またこのとき、１回目の操作の際に駆動した微動機構４４の移動量をコントローラ４３に記憶する。これにより、シャーレＳの交換やガラス針３４Ａの交換のためにガラス針３４Ａを退避させた後も、１回目にセッティングした際の位置をコントローラ４３が記憶しているため、マニピュレータ１６でガラス針３４Ａの位置を調整することが容易になる。
【００３５】
（剥離作業）
以上のように、ガラス針３４Ａの先端が操作対象の細胞Ｘと接触するように位置決めされた後、圧電素子９０を駆動しガラス針３４Ａの先端部３４Ａａに微細な振動を与える。圧電素子９０は、超音波振動（２５〜５０ｋＨｚ）よりも低い周波数で駆動される。この周波数はおよそ５ｋＨｚ程度であることが好ましい。これにより圧電素子９０は回転軸５４の軸方向に沿って伸縮し、回転軸５４が軸方向に微細振動をする。この振動がピペット３４を介してガラス針３４Ａに伝わり、ガラス針３４Ａを振動させる。このとき、ピペット３４の撓み等によりガラス針３４Ａは、その先端が円、楕円、または直線をを描くように微細振動をする。
【００３６】
振動するガラス針３４Ａにより、操作対象の細胞Ｘはガラス針３４Ａと接触している箇所でシャーレS底面への貼りつきが解除され、細胞Ｘのガラス針３４Ａとの接触部分Ｘａが固着していたシャーレＳ底面から剥ぎ取られる。図６（Ｂ）に示されるこの状態から、マニピュレータ１６を駆動させてガラス針３４Ａの先端３４Ａａを細胞Ｘの外郭Ｘｂに倣うように移動させる（図６（Ｃ））。これにより、対象とする細胞Ｘ全体を容易に剥ぎ取ることができる。
【００３７】
以上説明した細胞Ｘの剥離作業によれば、ガラス針３４Ａに付与される微小振動が、超音波振動よりも低い周波数となっているので、細胞Ｘの周辺の培養細胞を損傷する可能性を低くすることができる。このため、細胞ＸのみをシャーレＳから除去することができ、周辺の培養細胞を継続して培養することが可能となる。またガラス針３４Ａをベース２２側が縮径した先細り形状とすることにより、隣接する細胞に影響を及ぼすことなく、除去対象の細胞にのみ操作が可能となる。
【００３８】
（吸引作業）
剥離作業で用いたガラス針３４Ａの代わりに、中空のキャピラリ３４Ｂを用い、さらにピペット３４の微動機構側端部を、インジェクタやシリンジポンプ等の吸引機構と接続することで、剥離作業に引き続き吸引作業を行うことができる。すなわち、操作対象となる細胞Ｘ全体または一部を剥ぎ取った（図６（Ｃ））後に、細胞Ｘをキャピラリ３４Ｂにより吸引する。
【００３９】
具体的には、図７（Ａ）のように、まずキャピラリ３４Ｂの先端部３４Ｂａの吸入口を、細胞ＸのシャーレＳの底部から剥離させられた部分Ｘｃに近づける。次に、図７（Ｂ）のように、前記吸引機構を駆動し、前記剥離させられた部分Ｘｃを吸引し始める。この吸引機構の駆動はコントローラ４３で行っても良く、他の制御機構で行っても良い。この後、図７（Ｃ）のように、細胞Ｘの剥離させられた部分Ｘｃは、吸引機構によりキャピラリ３４B内に回収され、別の容器に吐出される。
【００４０】
この結果、図７（Ｄ）のように、対象細胞ＸはシャーレＳ内から完全に除去される。このとき、細胞Ｘの剥離作業は、図６の場合と同様に、キャピラリ３４Ｂに付与される微小振動が、超音波振動よりも低い周波数となっているので、細胞Ｘの周辺の培養細胞を損傷する可能性を低くすることができる。このため、細胞ＸのみをシャーレＳから除去、回収することができ、周辺の培養細胞を継続して培養することが可能となる。またキャピラリ３４Ｂをベース２２側が縮径した先細り形状とすることにより、隣接する細胞に影響を及ぼすことなく、除去対象の細胞にのみ操作が可能となる。なお、上記の例では剥離作業と吸引作業とを別段階として行っているが、中空のガラス針を用いることで、ひとつのマニピュレータで剥離作業と吸引作業を連続的に行うことが可能となる。これにより、作業効率を向上することができる。
【００４１】
また、以上の操作のうちガラス針３４Ａまたはキャピラリ３４Ｂと細胞Ｘとの相対移動はマニピュレータ１６を駆動させることにより行うとしたが、前述の駆動装置４２、４０と同様の装置を用いて、ベース２２を移動することにより行っても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明によれば、操作対象となる細胞の周囲の培養細胞を損傷せず、前記細胞のみをシャーレから除去、または回収することが可能となる。また、操作対象となる細胞がシャーレの底面に固着した場合でも、細胞を１個単位で剥離、回収することが容易となる。さらに、上述のマニピュレータシステムを用いることで、熟練した作業者でなくても作業が容易になる。このため、本発明の方法及びマニピュレータシステムは、移植用細胞の培養で異常細胞の除去作業に好適である。本発明を適用することで、作業品質を保証し、例えば癌化した細胞を移植する危険性をなくし、移植までの作業効率を向上することが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１０ マニピュレータシステム
１２ 顕微鏡ユニット
１６ マニピュレータ
１８ カメラ（撮像素子）
２０ 顕微鏡
２２ ベース（試料台）
３４ ピペット（インジェクションピペット）
３４Ａ ガラス針
３４Ａａ 先端部
３６ Ｘ−Ｙ軸テーブル
３８ Ｚ軸テーブル
４０ 駆動装置
４２ 駆動装置
４３ コントローラ
４３Ａ ジョイスティック
４３Ｂ 振動指示ボタン
４４ 微動機構
４８ ハウジング
５２ ねじ軸
５４ 回転軸
５４ａ 段部
５６ ベース
５８ 治具
６０ ナット
６２ スライダ
６４ 切り欠き
６６ リニアガイド
６８ ベアリング
７０ 中空モータ
７４ ハウジング
７６ ゴムワッシャ
７８ ボルト
８０、８２ 転がり軸受
８４ 内輪間座
８０ａ、８２ａ 内輪
８０ｂ、８２ｂ 外輪
８０ｃ、８２ｃ ボール
８６ ロックナット
８８ 蓋
９０ 圧電素子
９２ スペーサ
９４ 間隙
Ｘ 操作対象の細胞
Ｓ シャーレ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニピュレータに係り、特に、駆動対象を動作させて、試料に所定の操作を施すためのマニピュレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バイオテクノロジーの分野において、顕微鏡の観察下で細胞に針を挿入し、細胞の核などを操作するマイクロマニピュレータとして、レーザーや電極の周囲に発生させる乱流波によって、細胞を操作するものが知られている。また、超音波振動子を用いたものも提案されており、これは、超音波振動子を用いてマニピュレータの操作針を微細振動させることよって、卵細胞の透明体に穿孔したり、ある領域内にある細胞の分離、掻き出したりするものである。
【０００３】
特許文献１では、マニピュレータの針先端で細胞に穿孔するために、また特許文献２には、ある領域にある細胞の分離、掻き出しを行うために、同様に超音波振動子で針状体を微動させる手法が開示されている。しかしながら、超音波振動を発生させることは難しく、超音波振動は操作対象の細胞の周辺細胞にまで影響を与える可能性がある。このため、例えば培養細胞中の異常細胞などの特定の細胞のみを除去する場合、細胞の入れられた容器の底面に比較的強固に貼りついた細胞を剥離することは可能となるが、同時に周辺細胞を傷つけてしまう虞があり、周辺細胞を継続培養することが困難となる。また、超音波振動を用いたもので、前述のような特定の細胞単体を周辺細胞を損傷することなく剥離する用途のものは知られていない。
【０００４】
また、特許文献２では針状体で掻き出しをした後、掻き出された細胞を針状体とは別体に設けられた毛管により吸引することが記載されている。しかしながら、掻き出しと吸引の操作を別々に行うことにより、マニピュレータの操作が複雑化し、作業効率が低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１５９６９８号公報
【特許文献２】特開２００１−４１８６４号公報
【特許文献３】特開２００８−２２９７７６号公報
【特許文献４】特開２００９−２１１０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の問題に鑑み、本発明は、操作対象となる細胞の周辺細胞に影響を与えることなしに対象細胞を採取でき、周辺細胞の継続培養が可能なアクチュエータ及びそれを搭載したマニピュレータ及びその操作方法を提供することを第１の目的とする。また、本発明は、作業効率を向上させることができるアクチュエータ及びそれを搭載したマニピュレータ及びその操作方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）対向配置した２つの転がり軸受と、前記２つの転がり軸受の各内輪の内周面と嵌合する回転軸と、前記２つの転がり軸受の各内輪の間に設けられた内輪間座と、前記回転軸と連結されるボールねじナットと、前記ボールねじナットと螺合するねじ軸と、前記２つの転がり軸受のうち一方の外輪に隣接配置される圧電素子と、前記２つの転がり軸受と圧電素子に予圧を付与するスペーサと、前記ねじ軸の軸方向に接続されたガラス針と、を有するアクチュエータであって、
前記ガラス針の先端部と操作対象となる細胞とを接触させ、前記圧電素子を超音波振動よりも低い周波数で微細伸縮させることにより前記ガラス針を微小振動させ、前記細胞の貼りつきを解除し、前記細胞を入れた容器から前記細胞を剥離または除去することを特徴とするアクチュエータ。
（２）前記操作対象となる細胞が培養細胞の中の少なくとも一つの細胞であることを特徴とする（１）に記載のアクチュエータ。
（３）（１）または（２）に記載のアクチュエータを備えるマニピュレータと、前記容器を載置するベースと、を備えるマニピュレータシステムであって、前記ガラス針を微小振動させながら、前記ガラス針の先端を前記細胞に対して、前記細胞の外郭に倣って相対移動させ、１個単位で細胞全体を剥離または除去することを特徴とするマニピュレータシステム。
（４）前記ガラス針を中空とし、前記ガラス針に吸引機構を接続し、前記剥離した細胞を吸引または回収することを特徴とする（３）のマニピュレータシステム。
（５）対向配置した２つの転がり軸受と、前記２つの転がり軸受の各内輪の内周面と嵌合する回転軸と、前記２つの転がり軸受の各内輪の間に設けられた内輪間座と、前記回転軸と連結されるボールねじナットと、前記ボールねじナットと螺合するねじ軸と、前記２つの転がり軸受のうち一方の外輪に隣接配置される圧電素子と、前記２つの転がり軸受と圧電素子に予圧を付与するスペーサと、前記ねじ軸の軸方向に接続されたガラス針とを有するアクチュエータを用いた細胞の操作方法であって、前記圧電素子を超音波振動よりも低い周波数で微細伸縮させることにより前記ガラス針を微小振動させ、前記細胞の貼りつきを解除し、前記細胞を入れた容器から前記細胞を剥離または除去することを特徴とする細胞の操作方法。
（６）前記ガラス針を微小振動させながら、前記ガラス針の先端を前記細胞に対して、前記細胞の外郭に倣って相対移動させ、前記細胞を入れた容器底面から前記細胞を剥離または除去することを特徴とする（５）に記載の細胞の操作方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、操作対象となる細胞の周辺細胞を損傷せず、前記細胞のみをシャーレ等の容器から除去、または回収することが可能となる。また、操作対象となる細胞がシャーレの底面に固着した場合でも、細胞を１個単位で剥離、回収することが容易となる。さらに、本発明のマニピュレータシステムを用いることで、熟練した作業者でなくても作業が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態を示すマニピュレータシステムのブロック図である。
【図２】圧電アクチュエータの正面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】圧電アクチュエータの斜視図である。
【図５】（Ａ）はベース２２の平面図、（Ｂ）はベース２２の正面図である。
【図６】剥離作業の一例を示す模式図である。
【図７】吸引作業の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
（マニピュレータシステムの構成）
図１は、本発明の一実施形態を示すマニピュレータシステムの構成図である。図１において、マニピュレータシステム１０は、顕微鏡観察下で試料に人工操作を実施するためのシステムとして、顕微鏡ユニット１２と、マニピュレータ１６とを備えており、顕微鏡ユニット１２の傍にマニピュレータ１６が配置されている。
【００１１】
顕微鏡ユニット１２は、撮像素子としてのカメラ１８、顕微鏡２０、試料台としてのベース２２を備えている。このベース２２の直上に顕微鏡２０が配置される構造となっている。なお、顕微鏡２０とカメラ１８とは一体構造となっており、ベース２２に向けて光を照射する光源（図示せず）を備えている。
【００１２】
ベース２２上にはシャーレ等に入れられた培養細胞等の試料（図示せず）が乗せられるようになっている。この状態で、ベース２２上の細胞で反射した光が顕微鏡２０に入射する。試料に関する光学像は、顕微鏡２０で拡大されたあとカメラ１８により撮像された画像を基に試料を観察することができる。
【００１３】
マニピュレータ１６は、直交３軸構成のマニピュレータとして、ピペット（インジェクションピペット）３４と、Ｘ−Ｙ軸テーブル３６と、Ｚ軸テーブル３８と、Ｘ−Ｙ軸テーブル３６を駆動する駆動装置４０と、Ｚ軸テーブル３８を駆動する駆動装置４２を備える。ピペット３４は、Ｚ軸テーブル３８に連結され、Ｚ軸テーブル３８は、Ｘ−Ｙ軸テーブル３６上に上下動自在に配置され、駆動装置４０、４２はコントローラ４３に接続されている。ピペット３４の先端にはガラス針３４Ａが取り付けられている。
【００１４】
Ｘ−Ｙ軸テーブル３６は、駆動装置４０の駆動により、Ｘ軸またはＹ軸に沿って移動するように構成され、Ｚ軸テーブル３８は、駆動装置４２の駆動により、Ｚ軸に沿って（鉛直軸方向に沿って）移動するように構成されている。Ｚ軸テーブル３８に連結されたピペット３４は、Ｘ−Ｙ軸テーブル３６とＺ軸テーブル３８の移動にしたがって、３次元空間を移動領域として移動し、ベース２２上の試料に人工操作を行うように構成されている。
【００１５】
Ｘ−Ｙ軸テーブル３６は、駆動装置４０の駆動（モータ）により、Ｘ軸またはＹ軸に沿って移動するように構成され、Ｚ軸テーブル３８は、駆動装置４２の駆動（モータ）により、Ｚ軸に沿って（鉛直軸方向に沿って）移動するように構成されているとともに、ベース２２上の細胞などに、針を挿入するための挿入対象とするピペット３４を連結している。すなわち、Ｘ−Ｙ軸テーブル３６とＺ軸テーブル３８は、駆動装置４０、４２の駆動により、ベース２２上の細胞などを含む３次元空間を移動領域として移動し、ピペット３４を、例えばピペット３４の先端側からベース２２上の細胞（試料）に対して、ガラス針３４Ａを挿入するための挿入位置まで粗動駆動する粗動機構（３次元軸移動テーブル）として構成されている。
【００１６】
また、Ｚ軸テーブル３８は、いわゆるナノポジショナとしての機能を備えている。ナノポジショナは、ピペット３４をＸ軸−Ｙ軸−Ｚ軸方向へ自在に移動可能に支持する。さらに、Ｚ軸テーブル３８はピペット３４をその長手方向（軸線方向）に沿って微動駆動する微動機構４４を備えている。
【００１７】
（微動機構の構成）
微動機構４４は、図２乃至図４に示すように、圧電アクチュエータの本体を構成するハウジング４８を備えており、ほぼ筒状に形成されたハウジング４８内には、ピペット３４を駆動対象として、外周側にねじ部を有するねじ軸５２と、ねじ軸５２を囲む中空状の回転軸５４が挿通されている。ハウジング４８はその底部がベース５６に固定されている。
【００１８】
ねじ軸５２の先端側には、治具５８を介してピペット３４の根元側が連結されており、ねじ軸５２の中程には、ねじ軸５２外周のねじ部とねじ結合されるねじ要素としてのボールねじナット６０が装着され、治具５８とねじ軸５２との間にはスライダ６２が連結されている。スライダ６２はベース５６とほぼ直交する方向に配置され、切り欠き６４を間にしてリニアガイド６６に連結されている。リニアガイド６６はベース５６底部側に配置され、ベアリング６８を介して、ねじ軸５２の軸方向に沿って移動自在にベース５６に連結されている。
【００１９】
すなわち、リニアガイド６６は、ねじ軸５２の軸方向の移動に合わせて、ねじ軸５２の先端側を支持したスライダ６２を、ベース５６に沿って往復動させるようになっている。この際、ねじ軸５２のうちボールねじナット６０よりもピペット３４側の部位が、スライダ６２を介してリニアガイド６６でスライド自在に支持されるので、ねじ軸５２の直線運動をピペット３４へ伝達することができる。
【００２０】
ボールねじナット６０は、回転軸５４の軸方向一端側（先端側）の段部５４ａに固定されているとともに、ねじ軸５２外周のねじ部とねじ結合され、ねじ軸５２がその軸方向に沿って往復運動（直線運動）するのを自在に支持するようになっている。すなわち、ボールねじナット６０は、回転軸５４の回転運動をねじ軸５２の直線運動に変換するための要素として構成されている。
【００２１】
回転軸５４の軸方向他端側は、中空モータ７０内の回転部に連結されている。中空モータ７０のハウジング７４には、その底部側がベース５６に弾性体としてのゴムワッシャ７６を介してボルト７８が固定されている。中空モータ７０が駆動されると回転軸５４が回転し、回転軸５４の回転運動がボールねじナット６０を介してねじ軸５２に伝達され、ねじ軸５２がその軸方向に沿って直線運動するようになっている。
【００２２】
一方、回転軸５４の段部５４ａに隣接して、転がり軸受８０、８２が内輪間座８４を間にして収納されている。転がり軸受８０、８２は、それぞれ内輪８０ａ、８２ａと、外輪８０ｂ、８２ｂと、内輪と外輪間に挿入されたボール８０ｃ、８２ｃを備え、各内輪８０ａ、８２ａが回転軸５４の外周面に嵌合され、各外輪８０ｂ、８２ｂがハウジング４８の内周面に嵌合され、回転軸５４を回転自在に支持するようになっている。転がり軸受８０、８２は、内輪間座８４を間にし、回転軸５４にロックナット８６により固定されている。転がり軸受８０は、ハウジング４８内の段部５４ａと円環状のスペーサ９２と当接することにより、回転軸５４の軸方向への移動が規制されるようになっている。転がり軸受８２の外輪８２ｂとハウジング４８の蓋８８との間に、円環状の圧電素子９０と円環状のスペーサ９２が圧入されている。
【００２３】
また、各転がり軸受８０、８２、圧電素子９０は、スペーサ９２の長さを調節し、蓋８８を閉めることにより、予圧が付与される。具体的には、スペーサ９２の長さを調整し、蓋８８を閉めると、その位置に応じた締結力が転がり軸受８２と転がり軸受８０の外輪８２ｂ、８０ｂに、軸方向に沿った押圧力として予圧が付与されるとともに、同時に圧電素子９０にも予圧が付与される。これにより、転がり軸受８０、８２および圧電素子９０に所定の予圧が付与され、転がり軸受８０、８２の外輪間に軸方向間の距離としての間隙９４が形成される。
【００２４】
圧電素子９０は、リード線（図示せず）を介して制御回路としてのコントローラ４３に接続されており、コントローラ４３からの電圧に応じて回転軸５４の長手方向（軸方向）に沿って伸縮する圧電アクチュエータの一要素として構成されている。すなわち、圧電素子９０は、コントローラ４３からの印加電圧に応答して、回転軸５４の軸方向に沿って伸縮し、回転軸５４をその軸方向に沿って微動させるようになっている。回転軸５４が軸方向に沿って微動すると、この微動がねじ軸５２を介してピペット３４に伝達され、ピペット３４の位置が微調整されることになる。
【００２５】
上記構成において、マニピュレータ１６を駆動するに際しては、ＸＹ軸テーブル３６とＺ軸テーブル３８を粗動駆動して、ピペット３４をベース２２の細胞に近づけて位置決めしたあと、微動機構４４を用いてピペット３４を微動駆動する。
【００２６】
コントローラ４３には、入力手段としてジョイスティック４３Ａが設けられており、このジョイスティック４３Ａの操作に基づいて、圧電素子に所定の電圧（例えば矩形波或いは台形波）が印加され、これに応じてピペット３４が移動する（指示操作モード）。
【００２７】
ところで、ベース２２に試料（培養細胞等）を入れたシャーレＳを載せた後、ガラス針３４Ａによって当該試料を採取する場合、試料がシャーレＳに貼り付いていると採取がうまくできない場合がある。そこで、本発明に係るマニピュレータシステム１０では、ジョイスティック４３Ａに振動指示ボタン４３Ｂを設け、この振動指示ボタン４３Ｂが操作された場合には、コントローラ４３では、指示操作モードに変わり振動モードが実行されるようになっている。
【００２８】
振動モードは微動機構４４の圧電素子９０に振動波形（例えば、通常よりも高周波の周波数を持つ正弦波、矩形波、三角波等の波形）の電圧を印加するようになっている。この結果、ガラス針３４Ａが振動することになり、この振動が試料に伝わることで、試料はシャーレＳから剥がれ易くなる。
【００２９】
図５（Ａ）は振動モード時のベース２２に載置されたシャーレＳを平面視した状態であり、図５（Ｂ）はシャーレＳの正面視した状態を示している。圧電素子９０に電圧を印加してピペット３４の長手方向に伸縮させることにより、ガラス針３４Ａは慣性の法則（振動に対する動きの鈍さ）を伴って振動し、試料をシャーレＳから剥ぎ取ることができる。
【００３０】
（操作方法）
以下に、本発明に係るマニピュレータシステム１０を用いて、培養細胞中において異常細胞などの特定の細胞のみを除去する方法を説明する。
【００３１】
まず、本発明に係るマニピュレータシステム１０を使用する場合、マニピュレータ１６のピペット３４の先端にガラス針３４Ａを装着する。このガラス針３４Ａは、ベース２２側が縮径した先細り形状となっていることが好ましい。これにより、隣接する細胞に影響を及ぼすことなく、除去対象の細胞にのみ操作が可能となる。
【００３２】
次に、試料となる細胞が培養されたシャーレＳをベース２２に載置する。その後、マニピュレータ１６を操作することにより、ガラス針３４Ａの先端部３４ＡａがシャーレＳ内の操作対象の細胞Ｘと接触するように位置決めをする（図６（Ａ））。
【００３３】
具体的には、１回目（初めて）の操作の場合、顕微鏡倍率を低倍率にし、駆動装置４０、４２及び／または微動機構４４を駆動することで、顕微鏡２０の視野内にガラス針３４Ａが確認でき次第、駆動装置４０、４２及び／または微動機構４４の駆動を停止する。
【００３４】
このあと、コントローラ４３の画像処理を利用し、微動機構４４を駆動することで顕微鏡２０の視野内に、ガラス針３４Ａを最適位置へ移動し、微動機構４４の駆動を停止する。このとき必要であれば、ＸＹＺの駆動系も駆動して良い。またこのとき、１回目の操作の際に駆動した微動機構４４の移動量をコントローラ４３に記憶する。これにより、シャーレＳの交換やガラス針３４Ａの交換のためにガラス針３４Ａを退避させた後も、１回目にセッティングした際の位置をコントローラ４３が記憶しているため、マニピュレータ１６でガラス針３４Ａの位置を調整することが容易になる。
【００３５】
（剥離作業）
以上のように、ガラス針３４Ａの先端が操作対象の細胞Ｘと接触するように位置決めされた後、圧電素子９０を駆動しガラス針３４Ａの先端部３４Ａａに微細な振動を与える。圧電素子９０は、超音波振動（２５〜５０ｋＨｚ）よりも低い周波数で駆動される。この周波数はおよそ５ｋＨｚ程度であることが好ましい。これにより圧電素子９０は回転軸５４の軸方向に沿って伸縮し、回転軸５４が軸方向に微細振動をする。この振動がピペット３４を介してガラス針３４Ａに伝わり、ガラス針３４Ａを振動させる。このとき、ピペット３４の撓み等によりガラス針３４Ａは、その先端が円、楕円、または直線をを描くように微細振動をする。
【００３６】
振動するガラス針３４Ａにより、操作対象の細胞Ｘはガラス針３４Ａと接触している箇所でシャーレS底面への貼りつきが解除され、細胞Ｘのガラス針３４Ａとの接触部分Ｘａが固着していたシャーレＳ底面から剥ぎ取られる。図６（Ｂ）に示されるこの状態から、マニピュレータ１６を駆動させてガラス針３４Ａの先端３４Ａａを細胞Ｘの外郭Ｘｂに倣うように移動させる（図６（Ｃ））。これにより、対象とする細胞Ｘ全体を容易に剥ぎ取ることができる。
【００３７】
以上説明した細胞Ｘの剥離作業によれば、ガラス針３４Ａに付与される微小振動が、超音波振動よりも低い周波数となっているので、細胞Ｘの周辺の培養細胞を損傷する可能性を低くすることができる。このため、細胞ＸのみをシャーレＳから除去することができ、周辺の培養細胞を継続して培養することが可能となる。またガラス針３４Ａをベース２２側が縮径した先細り形状とすることにより、隣接する細胞に影響を及ぼすことなく、除去対象の細胞にのみ操作が可能となる。
【００３８】
（吸引作業）
剥離作業で用いたガラス針３４Ａの代わりに、中空のキャピラリ３４Ｂを用い、さらにピペット３４の微動機構側端部を、インジェクタやシリンジポンプ等の吸引機構と接続することで、剥離作業に引き続き吸引作業を行うことができる。すなわち、操作対象となる細胞Ｘ全体または一部を剥ぎ取った（図６（Ｃ））後に、細胞Ｘをキャピラリ３４Ｂにより吸引する。
【００３９】
具体的には、図７（Ａ）のように、まずキャピラリ３４Ｂの先端部３４Ｂａの吸入口を、細胞ＸのシャーレＳの底部から剥離させられた部分Ｘｃに近づける。次に、図７（Ｂ）のように、前記吸引機構を駆動し、前記剥離させられた部分Ｘｃを吸引し始める。この吸引機構の駆動はコントローラ４３で行っても良く、他の制御機構で行っても良い。この後、図７（Ｃ）のように、細胞Ｘの剥離させられた部分Ｘｃは、吸引機構によりキャピラリ３４B内に回収され、別の容器に吐出される。
【００４０】
この結果、図７（Ｄ）のように、対象細胞ＸはシャーレＳ内から完全に除去される。このとき、細胞Ｘの剥離作業は、図６の場合と同様に、キャピラリ３４Ｂに付与される微小振動が、超音波振動よりも低い周波数となっているので、細胞Ｘの周辺の培養細胞を損傷する可能性を低くすることができる。このため、細胞ＸのみをシャーレＳから除去、回収することができ、周辺の培養細胞を継続して培養することが可能となる。またキャピラリ３４Ｂをベース２２側が縮径した先細り形状とすることにより、隣接する細胞に影響を及ぼすことなく、除去対象の細胞にのみ操作が可能となる。なお、上記の例では剥離作業と吸引作業とを別段階として行っているが、中空のガラス針を用いることで、ひとつのマニピュレータで剥離作業と吸引作業を連続的に行うことが可能となる。これにより、作業効率を向上することができる。
【００４１】
また、以上の操作のうちガラス針３４Ａまたはキャピラリ３４Ｂと細胞Ｘとの相対移動はマニピュレータ１６を駆動させることにより行うとしたが、前述の駆動装置４２、４０と同様の装置を用いて、ベース２２を移動することにより行っても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明によれば、操作対象となる細胞の周囲の培養細胞を損傷せず、前記細胞のみをシャーレから除去、または回収することが可能となる。また、操作対象となる細胞がシャーレの底面に固着した場合でも、細胞を１個単位で剥離、回収することが容易となる。さらに、上述のマニピュレータシステムを用いることで、熟練した作業者でなくても作業が容易になる。このため、本発明の方法及びマニピュレータシステムは、移植用細胞の培養で異常細胞の除去作業に好適である。本発明を適用することで、作業品質を保証し、例えば癌化した細胞を移植する危険性をなくし、移植までの作業効率を向上することが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１０ マニピュレータシステム
１２ 顕微鏡ユニット
１６ マニピュレータ
１８ カメラ（撮像素子）
２０ 顕微鏡
２２ ベース（試料台）
３４ ピペット（インジェクションピペット）
３４Ａ ガラス針
３４Ａａ 先端部
３６ Ｘ−Ｙ軸テーブル
３８ Ｚ軸テーブル
４０ 駆動装置
４２ 駆動装置
４３ コントローラ
４３Ａ ジョイスティック
４３Ｂ 振動指示ボタン
４４ 微動機構
４８ ハウジング
５２ ねじ軸
５４ 回転軸
５４ａ 段部
５６ ベース
５８ 治具
６０ ナット
６２ スライダ
６４ 切り欠き
６６ リニアガイド
６８ ベアリング
７０ 中空モータ
７４ ハウジング
７６ ゴムワッシャ
７８ ボルト
８０、８２ 転がり軸受
８４ 内輪間座
８０ａ、８２ａ 内輪
８０ｂ、８２ｂ 外輪
８０ｃ、８２ｃ ボール
８６ ロックナット
８８ 蓋
９０ 圧電素子
９２ スペーサ
９４ 間隙
Ｘ 操作対象の細胞
Ｓ シャーレ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置した２つの転がり軸受と、
前記２つの転がり軸受の各内輪の内周面と嵌合する回転軸と、
前記２つの転がり軸受の各内輪の間に設けられた内輪間座と、
前記回転軸と連結されるボールねじナットと、
前記ボールねじナットと螺合するねじ軸と、
前記２つの転がり軸受のうち一方の外輪に隣接配置される圧電素子と、
前記２つの転がり軸受と圧電素子に予圧を付与するスペーサと、
前記ねじ軸の軸方向に接続されたガラス針と、
を有するアクチュエータであって、
前記ガラス針の先端部と操作対象となる細胞とを接触させ、
前記圧電素子を超音波振動よりも低い周波数で微細伸縮させることにより前記ガラス針を微小振動させ、
前記細胞の貼りつきを解除し、
前記細胞を入れた容器から前記細胞を剥離または除去することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記操作対象となる細胞が培養細胞の中の少なくとも一つの細胞であることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアクチュエータを備えるマニピュレータと、
前記容器を載置するベースと、を備えるマニピュレータシステムであって、
前記ガラス針を微小振動させながら、
前記ガラス針の先端を前記細胞に対して、前記細胞の外郭に倣って相対移動させ、
１個単位で細胞全体を剥離または除去することを特徴とするマニピュレータシステム。
【請求項４】
前記ガラス針を中空とし、
前記ガラス針に吸引機構を接続し、
前記剥離した細胞を吸引または回収することを特徴とする請求項３に記載のマニピュレータシステム。
【請求項５】
対向配置した２つの転がり軸受と、
前記２つの転がり軸受の各内輪の内周面と嵌合する回転軸と、
前記２つの転がり軸受の各内輪の間に設けられた内輪間座と、
前記回転軸と連結されるボールねじナットと、
前記ボールねじナットと螺合するねじ軸と、
前記２つの転がり軸受のうち一方の外輪に隣接配置される圧電素子と、
前記２つの転がり軸受と圧電素子に予圧を付与するスペーサと、
前記ねじ軸の軸方向に接続されたガラス針と
を有するアクチュエータを用いた細胞の操作方法であって、
前記圧電素子を超音波振動よりも低い周波数で微細伸縮させることにより前記ガラス針を微小振動させ、
前記細胞の貼りつきを解除し、
前記細胞を入れた容器から前記細胞を剥離または除去することを特徴とする細胞の操作方法。
【請求項６】
前記ガラス針を微小振動させながら、
前記ガラス針の先端を前記細胞に対して、前記細胞の外郭に倣って相対移動させ、前記細胞を入れた容器から前記細胞を剥離または除去することを特徴とする請求項５に記載の細胞の操作方法。
【請求項１】
対向配置した２つの転がり軸受と、
前記２つの転がり軸受の各内輪の内周面と嵌合する回転軸と、
前記２つの転がり軸受の各内輪の間に設けられた内輪間座と、
前記回転軸と連結されるボールねじナットと、
前記ボールねじナットと螺合するねじ軸と、
前記２つの転がり軸受のうち一方の外輪に隣接配置される圧電素子と、
前記２つの転がり軸受と圧電素子に予圧を付与するスペーサと、
前記ねじ軸の軸方向に接続されたガラス針と、
を有するアクチュエータであって、
前記ガラス針の先端部と操作対象となる細胞とを接触させ、
前記圧電素子を超音波振動よりも低い周波数で微細伸縮させることにより前記ガラス針を微小振動させ、
前記細胞の貼りつきを解除し、
前記細胞を入れた容器から前記細胞を剥離または除去することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記操作対象となる細胞が培養細胞の中の少なくとも一つの細胞であることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアクチュエータを備えるマニピュレータと、
前記容器を載置するベースと、を備えるマニピュレータシステムであって、
前記ガラス針を微小振動させながら、
前記ガラス針の先端を前記細胞に対して、前記細胞の外郭に倣って相対移動させ、
１個単位で細胞全体を剥離または除去することを特徴とするマニピュレータシステム。
【請求項４】
前記ガラス針を中空とし、
前記ガラス針に吸引機構を接続し、
前記剥離した細胞を吸引または回収することを特徴とする請求項３に記載のマニピュレータシステム。
【請求項５】
対向配置した２つの転がり軸受と、
前記２つの転がり軸受の各内輪の内周面と嵌合する回転軸と、
前記２つの転がり軸受の各内輪の間に設けられた内輪間座と、
前記回転軸と連結されるボールねじナットと、
前記ボールねじナットと螺合するねじ軸と、
前記２つの転がり軸受のうち一方の外輪に隣接配置される圧電素子と、
前記２つの転がり軸受と圧電素子に予圧を付与するスペーサと、
前記ねじ軸の軸方向に接続されたガラス針と
を有するアクチュエータを用いた細胞の操作方法であって、
前記圧電素子を超音波振動よりも低い周波数で微細伸縮させることにより前記ガラス針を微小振動させ、
前記細胞の貼りつきを解除し、
前記細胞を入れた容器から前記細胞を剥離または除去することを特徴とする細胞の操作方法。
【請求項６】
前記ガラス針を微小振動させながら、
前記ガラス針の先端を前記細胞に対して、前記細胞の外郭に倣って相対移動させ、前記細胞を入れた容器から前記細胞を剥離または除去することを特徴とする請求項５に記載の細胞の操作方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２０８２３４（Ｐ２０１２−２０８２３４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７２６３８（Ｐ２０１１−７２６３８）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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