ツール動作を生成するためのシステム及び方法
本発明は、特に生体細胞材料に対する作業向けにツールの動作を生成するためのシステムに関し、ツールを配設できるツール区分と、ツール区分を移動させるアクチュエータ素子を提供する器具を含み、該システムは、アクチュエータ素子を用いて、ツール区分の第１位置からツール区分を第２位置へ移動させかつツール区分を第２位置から第３位置へ移動させるか第１位置へ戻す、ツール区分のパルス動作を器具に行わせる制御手段を提供するシステム制御装置を含み、該システムは、それぞれツール区分にリンクされているか器具にリンクされ、ツール区分の補給動作を提供できる補給動作装置を含み、制御手段はツール区分の補給動作を制御し、制御手段は、補給動作とパルス動作を含む組合せ動作をツール区分が行い、パルス動作中の第１時点と補給動作中の第２時点の間の時間的推移は、既定であり、該制御装置により提供される。ツール動作を生成する方法も提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に軟質の生体細胞材料に対する作業向けのツール動作を生成するためのシステム及び方法に関する。ツール動作を生成するためのシステムは好ましくは、ツール動作を行うための器具ならびに前記ツール動作を行うためのこの器具の構成を含み、前記構成には、ツール動作を制御するプログラムコードが含まれる。
【０００２】
本発明に係る「システム」は、「器具」のカテゴリの主題を意味する。したがって本発明の明細書中そして詳細にはクレーム１及び１５において使用されている「システム」という用語は、任意には、「組合された器具」という用語で正式に置換可能である。
【背景技術】
【０００３】
このような器具及び方法は、例えば特に細胞の除核及び核移植のための生物医学的利用分野における用途から公知である。ヒト又は動物の細胞の体外受精（ＩＶＦ）の分野では、卵細胞（卵母細胞）内に直接単一の精子を注入する体外受精手順であるいわゆる卵細胞質内精子注入法（ＩＣＳＩ）という方法が公知である。マウス又はラットの卵母細胞は１００〜１２０μｍの直径を有する。この細胞は比較的大きいために、関与する生物学的構成要素を機械的に処理することができる。ＩＣＳＩ方法は、精確な位置づけのためのマイクロマニピュレータ、圧力を付加するため又は例えばおよそ数マイクロリットルなどの小量を補給するためのマイクロインジュクター、そして小量の流路を誘導するためそして詳細には生細胞と接触させるためのマイクロキャピラリを含む顕微操作装置を用いて顕微鏡下で行われる。卵母細胞は、マイクロインジェクタによって適用される穏やかな吸引と共に保持用キャピラリーによって安定化される。反対側からは、典型的にはわずか数（例えば７）μｍの開口部直径を伴う薄い中空ガラス製マイクロキャピラリを用いて、マイクロキャピラリの先端部で単一の精子の尾部を切断することで精子を固定した後にこの精子が収集される。マイクロキャピラリは、卵細胞膜を通して卵母細胞の内側部分（細胞質）まで孔を開ける。次に、精子は卵母細胞内に放出される。ＩＣＳＩ中、卵母細胞にはマイクロキャピラリが貫入していなくてはならない。ここで、卵母細胞の外側保護外皮である透明帯は強度の高いものであることが判明しており、貫通のためには特殊な器具が必要とされる。発生中の胚の孵化を容易にするため外側から透明帯に的確なタイミングで孔を開けるアシストハッチングという生物医学的方法のためにも同様のものが必要とされる。
【０００４】
このような器具及び方法は、例えば組織などの軟質細胞材料の剥離からもさらに公知である。このような公知の器具、マイクロディセクターが図面の図１に示されている。このマイクロディセクター１は、細胞組織の剥離、例えば組織学的標本から生物学的構成要素及び構造を摘出するために役立つ。マイクロディセクター１の作業原理に起因して、基部は全体としてＵ字形構成を有する。「Ｕ字形」の上部開口内に、圧電アクチュエータ２が取付けられ、これが右側部品との関係において「Ｕ字形」の左側部品を移動させる。「Ｕ字形」の左側部品は、旋回可能な支持アーム４を介して基部上に移動可能な形で取付けられていることから、基部３の動作区分５ｈに取付けられているツール５は、ｘ軸の方向に沿って移動可能である。しかしながら、顕著なＵ字形状、詳細には支持アーム４の規定長が比較的大きいことから、動作は同様にｙ方向にも比較的大きい成分を示す。その上、「Ｕ字」形状の基部は、ｙ方向に長いそのてこの腕の作用に起因して、ｘ軸を中心とするねじれを特に受けやすい。圧電アクチュエータは通常、最適な直線の形で、例えばｘ方向だけで膨張及び収縮するわけではない。その代り、これらのアクチュエータはわずかに曲線を描く傾向をもち、この場合これがｙ及びｚ方向における追加の動作という形で現われる。このようなより多次元の動作は、時として有用なこともあるにせよ、必ずしも所望されるわけではない。
【０００５】
ツール動作を生成するための公知の器具は、例えばまず最初に第１の位置から第２の位置まで移動し、第２に前記第２の位置から前記第１の位置に向かって戻るように移動することによって、パルス動作であるツールの動作をもたらすことができる。このようなパルス動作は、変動する振幅及び変動するサイクル数で、周期的に反復可能である。しかしながら一部の利用分野について、特に振動動作は、例えば比較的軟質の生体膜を貫通することといった生体材料を効率良く機械的に処理することであり得る所望の結果を達成するのに充分ではない。比較的軟質の膜を貫通するための典型的な戦略には、第一にツールの先端部を用いて膜内に押圧するステップ及び第二にこの位置から開始して循環動作により膜を貫通するステップが含まれる。第１ステップにおける膜の押圧は、通常は、膜が充分に内向きに湾曲されるまで（顕微鏡を用いて）膜に対してツールを手動で前進させることによって達成される。このプロセスは、ユーザーの手動制御下で実施され、複雑であり、特に異なるユーザー又は不慣れなユーザーにより実施された場合にはつねに再現可能な結果を導くわけではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、広範な使用分野のためにツール動作を快適に行うことのできる、特に軟質の生体細胞材料上での作業向けのツール動作を生成するための改良型のシステム及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、クレーム１に係る器具とクレーム１５に係る方法を提供することにより前記目的を達成している。本発明の好ましい実施形態は、サブクレームの主題となっている。
【０００８】
本発明に関わるシステムは、ツールを配設できるツール区分とツール区分を移動させるように配設された少なくとも１つのアクチュエータ素子とを提供する器具を含み、このシステムは、少なくとも１つのアクチュエータ素子を用いて、ツール区分の第１の位置から開始して、ツール区分を第２の位置まで移動させ、かつツール区分を第２の位置から第１の位置に向かって戻るように移動させるツール区分のパルス動作を器具に行わせるように構成された制御手段を提供するシステム制御装置を含み、このシステムはさらに、それぞれツール区分にリンクされるか又は器具にリンクされ、ツール区分の補給動作を提供することのできる補給動作装置を含み、システム制御装置は、ツール区分の補給動作を補給動作装置に行わせるように構成されている制御手段を提供しており、かつシステム制御装置は、補給動作とパルス動作を含む組合せ動作をツール区分に行わせるように構成されている制御手段を提供しており、パルス動作中の第１の時点と補給動作中の第２の時点の間の時間的推移は既定であり、システム制御装置により提供されている。
【０００９】
本発明に係るシステムは、パルス動作と補給動作の同期動作と呼ぶことのできるツール区分の組合せ動作を提供する。しかしながら、パルス動作及び補給動作は、必ずしも同時に行われるわけではなく、前記時間的推移により時間的に相関されている。前記時間的推移に基づいて考えられる動作パターンについては後述する。一般に、組合せ動作によって、特に例えば生細胞などの生体材料を機械的に処理するのに有用であるより汎用性の高い動作パターンを提供することが可能になる。その上、このシステムは、実質的に手動で行われる動作によっては達成できない比較的精密な組合せ動作の実施を可能にする。
【００１０】
このシステムの器具は、ツール区分のパルス動作を行うことができる。特に生体細胞材料に対する作業向けにツールの動作を生成するための本発明に係るシステムの器具の好ましい実施形態は、少なくとも１つのアクチュエータ素子、弾性変形可能である被動部材、ツールを配設でき被動部材にリンクされている動作区分を含み、この少なくとも１つのアクチュエータ素子は、このアクチュエータ素子による起動が被動部材の長さ変化に対応する距離だけ被動部材を弾性変形させるような形で、被動部材にリンクされており、前記長さ変化が動作区分の前記動作をひき起こしている。
【００１１】
ツール動作を生成するための器具の変形形態も同様に可能であり、本発明に係るシステムのために提供されることが好適である。このことはすなわち、システムが好ましい実施形態に係る器具に限定されないことを意味している。器具にはアクチュエータ素子及びツール区分が具備されることが一般的に求められ、器具は、ツール区分（「動作区分」とも呼ばれる）の第１の位置から開始して、第２の位置まで移動させられ、ツール区分を第２の位置から第３の位置に向かって移動させるツール区分のパルス動作を行うのに適切であるか、あるいはそのように構成されている。このような器具は、公知の器具であり得、これがこのとき本発明に係るシステム内に実装され好ましくは適応される。別段の記述のないかぎりあるいは適用不能でないかぎり、以下では、「器具」という用語は、前記一般的定義を満たすあらゆる器具を意味し、器具の好ましい実施形態のみを意味するものではない。
【００１２】
少なくとも１つのアクチュエータ素子を用いて、ツール区分の第１の位置から開始して、第２の位置までツール区分を移動させ、好ましくは第２の位置で好ましくは実質的に１８０°又は異なる角度だけ動作の方向を変更させるか、あるいは第２の位置で停止させ、次に第２の位置から第３の位置に向かってツール区分を移動させるツール区分のパルス動作は、異なる方法で実現可能である。パルス動作の目的は、例えば比較的振幅の小さい動作により細胞膜を局所的に弱化させることであり得、これによりその後、弱化された細胞膜を通してツールを差し込むことが可能となるかもしれない。第３の位置は好ましくは、実質的に第１の位置と同じである。パルス動作は好ましくは、ツール区分の第１の位置から開始して、ツール区分を第２の位置まで移動させ、第２の位置から第１の位置に向かって戻るようにツール区分を移動させる循環動作である。パルス動作の範囲は、例えば、ツール区分が実質的に理想的な循環又は前後動作で移動することを規定しているが、一方では、ツール区分が正確に開始点に復帰しないか又は器具をオフに切替えた後に始めて開始点に復帰するようにすることも同様に可能である。パルス動作は実質的に線形動作であり、これは、例えばｘ軸に対し平行に前後移動させることにより行われる。パルス動作は同様に、楕円、円形、らせん様の軌道を追従することにより、１つ又は２つの非線形成分を示すこともできる。パルス動作は、反復的循環動作の一周期内で、又は多数の周期の後に、開始点にツール区分を復帰させることができる。パルス動作がツール区分を開始点に向かって少なくとも部分的に戻すようになっているかぎり、循環動作が各変位の後にツール区分を開始点まで正確に復帰させないことも許容される。さらに別の好ましい実施形態において、器具の「パルス動作」は短期間の間ツール区分を停止させるだけであり、その後、ツール動作を再び非復帰方向に変位させ、さらに後になって、例えば器具の動力供給時点で、ツール区分を出発位置まで復帰させる。パルス動作は同様に、ランダム様の動作を追従することもでき、その場合、このようなパルス動作のそれぞれの精度が特定の利用分野にとって充分であるか又は有用であるとみなされているのであれば反復的パルス動作の開始点は明確に定義されない。
【００１３】
好ましい実施形態に係る器具は好ましくは、生物学的、医学的、生物医学的又は化学的（例えば生化学的）利用分野などでの用途、好ましくは軟質の物質に対し作業を行なうために適応されており、好ましくは軟質でない物質に対する作業向けには適応されていない。軟質物質とは、例えばそれぞれ好ましくは１０ＧＰａ、５ＧＰａ、１ＧＰａ、０．１ＧＰａ、０．０１ＧＰａ又は０．００１ＧＰａ未満のヤング率を有する組織などの生体物質のような物質であると理解される。しかしながら、非軟質物質に関する、詳細には１０ＧＰａ超のヤング率を有する物質についての好ましい実施形態に係る器具の応用も同様に可能である。好ましい実施形態に係る器具は、好ましくはＩＶＦ、ＩＣＳＩ、アシストハッチング、除核、核移植、マイクロサージャリー、パッチクランプ及びその他の生物学的及び医学的分野のために使用され、使用されるように適応され、特にヒト、動物例えばマウス、ラット又はウシ亜科の動物由来の細胞特に卵母細胞について作業するために使用するように適応されているか、又は、それぞれこのような数多くの利用分野のために使用されるように適応されている。器具はさらに好ましくは、細胞材料の剥離、例えばパラフィン切片からの単一の細胞の剥離、組織学的切片からの部域の剥離及び／又は３Ｄ細胞培養からの幹細胞集合体の分離を行うために適応されている。しかしながら、この器具及び／又は方法は、特にナノメートル乃至マイクロメートルの範囲内又はその他の範囲内の振幅を伴う動作を必要とする他の利用分野、詳細には非生物医学的利用分野にも、そして一般的には好ましい実施形態に係る器具の利点及び特徴からの利益を受け得る利用分野にも、使用可能である。
【００１４】
好ましい実施形態に係る器具の動作区分の動作は、被動部材により実現され、被動部材は少なくとも１つのアクチュエータ素子によって起動され、それ自体被動部材にリンクされた動作区分を起動している。好ましくは、少なくとも１つのアクチュエータ素子による１回の起動作用は、被動部材にもたらされた１回の長さ変更に実質的に等しい距離だけ被動部材を弾性変形させる。好ましくは、少なくとも１つのアクチュエータ素子の起動作用は、被動部材の正味長さ変化を導く。好ましくは、被動部材の第２の長さ変化は、１つの起動作用を実施する少なくとも１つのアクチュエータ素子の最初の長さ変化により実質的にひき起こされる。前記第１の長さ変化及び前記第２の長さ変化は好ましくは実質的に同時に発生する。好ましくは、被動部材の動作と少なくとも１つのアクチュエータ素子の動作の間の位相シフトは実質的に全く存在しない。好ましくは、第２の長さ変化（ｖ−ａｍ）の値と第１の長さ変化（ｖ−ａｅ）の値は同じである。この構成は、アクチュエータ素子の作用と被動部材の（再）作用の間に好ましくは直接的な対話が達成され、そのため動作区分の動作をより精密に制御することができるようになり、かつ未定義の回数の振動を伴う振動動作を行うのではなく例えば１、２、３、４、５回以上の明確な変位などの制御された変位回数を伴う動作区分の変位の実現が可能となるという利点を提供する。好ましくは、ｖ_ａｍ／ｖ_ａｅという比率は、それぞれ、ｖ＿ａｍ／ｖ＿ａｅ＝１、｜ｖ＿ａｍ／ｖ＿ａｅ−１｜＜０．５又は０．２又は０．１又は０．０１という条件のうちの１つを満たす。好ましくは、前記正味長さ変化は、値ｖ_ａｍを有する。
【００１５】
器具は好ましくは、動作区分を通って又は動作区分に取付けられている細長いツールの長さを通って走る（被動部材により起動された）動作区分の少なくとも部分的に線形的な動作の方向に対して平行である直線が、アクチュエータ素子を通らない又はアクチュエータ素子の一部分を通らないような形で構成されている。このような構成では、動作区分又は動作区分に取付けられたツールに対して外部から作用する衝撃が、アクチュエータ素子に対し力作用直線に沿って直接作用することはない。むしろ、前記衝撃及びその他の機械的荷重は、少なくとも部分的に又は（ほぼ）完全に、被動部材により吸収される。
【００１６】
最も好ましくは、器具は、詳細には器具の外側から動作区分に又は動作区分に取付けられたツールに対して加えられる力が実質的に被動部材に伝達され、さらに被動部材から好ましくはこの被動部材に具備されている接続区分に向かって実質的に伝達され、好ましくは器具を保持するように適応され外部から加えられた力を（ほぼ）完全に又は少なくとも部分的に吸収しているホルダー装置に対して前記接続区分を介して好ましくはさらに伝達可能となるような形で構成されている。したがって、動作区分、被動部材及び接続区分そして潜在的なホルダー装置も、好ましくは直列で接続され、直接的力伝達連鎖を形成している。
【００１７】
さらに、少なくとも１つのアクチュエータ素子は好ましくは、動作区分又は動作区分に取付けられているツールに対して詳細には外部から加えられる力が、例えば好ましくは０．００１、０．０１、０．１又は０．５などの最小限の割合しかアクチュエータ素子に作用しないような形で、被動部材に取付けられる。むしろ、前記力は、好ましくは被動部材にある接続区分に向かって、生として被動部材により伝達されさらに分配され、好ましくは、前記接続区分において器具を保持するために具備され得るホルダー装置までさらに分配可能である。
【００１８】
好ましくは、動作区分に対して作用する力は、それぞれ好ましくは０．５、０．２５、０．２、０．１、０．５、０．０１、０．００５、０．００１より小さいものであるｆｏｒｃｅ_ｏｎ_ａｅ／ｆｏｒｃｅ_ｏｎ_ａｍの比率でアクチュエータ素子（ａｅ）と被動部材（ａｍ）の間で分配される。これは、詳細には、動作区分上に作用する衝撃力に対抗する抵抗性が主として被動部材の抵抗性に基づくものであり、アクチュエータ素子の抵抗性にはさほど基づいていない場合に達成可能である。これを実施するためには、被動部材及び少なくとも１つのアクチュエータ素子の配設が好適であり、これによって、被動部材上では比較的大きい割合でそして１つ又は複数のアクチュエータ素子上では比較的小さい割合での前記力の分配が促進され、これは特に、好ましい実施形態に係る器具の複数の実施形態により実現されている。
【００１９】
さらに、被動部材は、変形エネルギーの付加の下で（例えば衝撃力があった場合に）変形するその能力が例えばアクチュエータ素子の対応する能力に比べて比較的低くアクチュエータ素子にとっては比較的高い場合、より大量の抵抗を提供することになる。こうして、被動部材の材料のヤング率（Ｙ_ａｍ）は好ましくは比較的高いものであり、１つ又は複数のアクチュエータ素子のヤング率（Ｙ_ａｅ）は好ましくは比較的低いものである。好ましくはＹ_ａｅは、Ｙ_ａｍに比べ少なくとも０．９、０．８５、０．７５、０．５、０．２５、０．１又は０．０５倍という低いものである。例えば、０．８５＜Ｙ_ａｅ／Ｙ_ａｍ＜０．９０、０．５＜Ｙ_ａｅ／Ｙ_ａｍ＜０．８０又は０．１＜Ｙ_ａｅ／Ｙ_ａｍ＜０．５であることが好ましい。
【００２０】
これらの構成は、器具が他の器具よりもさらに堅牢であるという利点を提供し、動作区分は、ガラス基材に対するツールの意図せぬ衝撃、アクチュエータ上の前記構成要素ラインを介して非減衰状態で作用する長期応力又はその他の機械的応力の下で損傷を受けるかもしれない例えば圧電素子などのアクチュエータに対し直線力伝達連鎖の形で直接接続されている。好ましい実施形態に係る器具は、衝撃を緩衝し、より高い構造的安定性と堅牢性を提供し、本発明に係る方法の信頼性をより高いものにする被動部材を利用する。このような構成において、被動部材は、好ましい実施形態に係る器具の「骨格」であることがわかり、これは、好ましくは被動部材（「骨格」）に平行に取付けられて「筋肉」を形成する１つ又は複数のアクチュエータ素子によって移動させられる。
【００２１】
さらに、好ましい実施形態に係る器具に従った被動部材に対する１つ又は複数のアクチュエータ素子のリンケージによって、より小型軽量な構成要素の使用が可能になり、システムの合計質量を小さくし、これにより、さらに高速の起動変更及び振動動作の場合にはさらに高い振動数が可能になる。その上、１つ又は複数のアクチュエータ素子を動作区分により近接して配設して、考えられるツール（キャピラリなど）への力の伝達をより効果的にすることができる。詳細には、好ましくは公知のＵ字形配設を回避することで、器具のより優れたねじり剛性が得られる。このことは、圧電アクチュエータを使用する好適なケースにとっては、きわめて重要である。圧電アクチュエータは通常、例えばｘ方向だけといった最適な直線の形で膨張や収縮をするわけではない。その代り、これらのアクチュエータはさらにわずかに曲線を描く傾向をもち、被動部材により予防されていない場合、これは、動作区分のｘ−及び／又はｙ方向の意図せぬ動作の形で現われる。特に「Ｕ字」形状は、ｙ方向のそのてこの腕が長いために、ｘ軸を中心とするねじれを発生させやすい。
【００２２】
本発明に係るシステム及び好ましい実施形態に係る器具に関連して第２の要素に対する第１の要素のリンケージとは、好ましくは、第１の要素の動作が第２の要素の動作を結果としてもたらす場合、両方の部品の運動学的結合を意味する。リンケージ及び「リンクされる」という用語は、両部品が全ての次元で又は少なくとも１つ又は２つの次元で、例えば両部品を一体として形成すること又は力拘束、形態拘束又は接着ボンドタイプのうちの少なくとも１つによる接続によって、恒久的又は非恒久的に固定されることを意味し得る。第１の部品と第２の部品のリンケージにはさらに、第１の部品が第３の部品又はさらなる部品を介して第２の部品にリンクされている場合が含まれ、その場合、例えば第１の部品は第３の部品にリンクされ、第３の部品は第２の部品にリンクされている。例えば第１の部品はアクチュエータ素子であり得、第２の部品は被動部材であり得、第３の部品は１つ以上の接続手段であり得る。好ましい実施形態に係る器具のためには、構成要素のリンケージが、構成要素間のあそびを回避するようなものであることが好適である。詳細には、器具用として浮動ベアリングの使用は必須ではない。こうして、器具の設計コストは低くなり、生成される動作の精度及び器具の能力が改善される。
【００２３】
動作区分は好ましくは、器具の別の部品、例えば被動部材と一体的に構築されている。被動部材は好ましくは中央軸に沿って延在し、動作区分は好ましくは、前記軸が前記動作区分を通って延在するような形で被動部材に配設される。詳細には、動作区分は、好ましくはツールを取付けるために適応された器具の区分である。
【００２４】
動作区分は好ましくは、さらなる要素、詳細にはツール、例えばマイクロディセクターの針又はキャピラリーを恒久的に又は取外し可能な形で担持する又は接続又は保持するために適応されており、前記ツールは好ましくは金属、ガラス又はプラスチックで製造されている。
【００２５】
好ましくは、ツールを取外し可能な形で取付けるための取付け用ヘッドが動作区分に対ししっかりと接続されているか又は接続可能であり、こうして、器具詳細には被動部材によって供給される動作は好ましくは完全に、ただし好ましくは少なくとも部分的にツールに伝達されてツールを移動させるようになっている。取付け用ヘッドは、要素例えばツールを取付け用ヘッドに接続するための接続手段を含んでいてよい。この接続手段はネジ山、ラッチ手段、磁石及び／又は類似のものなどを含んでいてよい。取付け用ヘッドは、例えば被動部材又はキャリヤなどの器具の別の部品と一体的に形成され得る。好ましくは、第２の接続手段により第１の取付け用ヘッドと取外し可能な形で接続されるように第２の取付け用ヘッドが具備され、こうして、特定のタイプ例えばキャピラリー又は針の外径に応じたタイプの要素例えばツールを保持するようにそれぞれ適応された異なる第２の取付け用ヘッドの使用が可能となっている。
【００２６】
取付け用ヘッドは、流体が取付け用ヘッド内を流れてよい形で、少なくとも１本の流路を形成するように適応され得る。このことは、例えばキャピラリーがツールとして使用される場合に圧力又は低圧を加え、前記圧力変化及び制御された圧力を用いて例えば細胞などの標的材料に作用するために有用であり得る。流路の使用は、マイクロインジェクタと組合せて器具を使用するため、又は流路内の導電性電解質を介して電気接触が行なわれるパッチクランプ利用分野のため、あるいは流路が有用であるその他の利用分野のために好適である。さらに流体が取付け用ヘッド内を流れてよい形で流路を形成するように、任意の第２の取付け用ヘッドを適応させることができる。所要の場合には、前記流路の内部を外部に対し封止するため、詳細には２つの流路部品が接続される接合部位において流路を封止するために、封止手段例えばプラスチック製Ｏリングが具備される。
【００２７】
被動部材は好ましくは、アクチュエータ素子により起動され得る器具の部品であり、かつ動作区分を移動させるアクチュエータとして役立つ器具の部品である。
【００２８】
被動部材は好ましくは、好ましくは器具の他の構成要素を担持する基本部品又はその一部分である。例えば、この基部部品は、少なくとも１つのアクチュエータ素子及び／又は１つ又は複数アクチュエータ素子を被動部材に対しその第１及び第２の位置でリンクする任意のリンク手段のキャリヤであり得る。好ましくは、被動部材は、一体的に形成された部品である。しかしながら、好ましくは３つの次元全てにおいて互いに固定されて互いにリンクされている少なくとも２つ以上の部品が被動部材に含まれていることも可能でありかつ好適である。
【００２９】
被動部材は好ましくは流体が被動部材内を流れてよいように少なくとも１本の流路を提供している。ここでもまた、このことは例えばツールとしてキャピラリーが使用される場合に圧力又は低圧を加え、前記圧力変化及び制御された圧力を用いて例えば細胞などの標的材料に作用するために有用であり得る。所要の場合には、前記流路の内部を外部に対し封止するため、詳細には接合部位で流路を封止するために、封止手段例えばプラスチック製Ｏリングが具備される。流路は、気体、液体が充填されるように適応され得、詳細には細胞原形質、培地、水、溶液又は水銀、Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（登録商標）又はシリコンオイルが充填されるように適応され得る。ただし、流路及び充填済み流路を提供することは好ましい実施形態に係る器具にとって必須ではなく任意である。
【００３０】
被動部材は、好ましくは（仮想）軸に沿って延在しかつ好ましくは少なくとも部分的に前記軸との関係において対称に構築されている棒状部品又は管状部品であってよい。好ましくは、被動部材は細長い装置であり、その場合長さはそれぞれ高さ又は奥行より大きく、仮想軸は被動部材内をその長さに対し平行に走っており、さらにアクチュエータ素子は、第２の仮想軸に沿って作用するように配設され、こうして主として前記第２の軸に平行に１つ又は複数アクチュエータ素子の線形動作を生成し、被動部材及び少なくとも１つのアクチュエータ素子は好ましくは、第１の軸と第２の軸が平行又は同軸となるように配設されている。さらに好ましくは、前記第２の軸に平行な前記１つ又は複数アクチュエータ素子の動作の結果としてもたらされる正味の力ベクトルは、被動部材の面積中心又は断面の図心と一致し、前記断面は前記第１の軸に対し好ましくは垂直に取られ、これは好ましくは、被動部材の考えられる全ての断面又は少なくとも大部分にあてはまる。こうして、被動部材が単に細長くなっているだけで実質的に湾曲しておらず、そのためツールの切断又は掘削幅が小さくなるという利点が提供される。好ましくは、被動部材は、流路を形成する中空円筒形状の部品又はチューブであるか又はこれを含む。チューブ又は流路は、圧力によってか又は標的材料（例えば細胞）に対して注入材料例えば精液体積を注入することによって試料例えば細胞の標的軟質材料を機械的に処理するため、又は試料から標準軟質材料の体積を除去するため、例えばキャピラリーなどの適切なツールに圧力又は減圧を適用できるという利点を提供する。前記チューブ又は流路には好ましくは気体例えば空気、液体例えばＦｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（登録商標）又は水銀である流体が充填されていることが好ましい。
【００３１】
被動部材は、例えば少なくとも１つのアクチュエータ素子などのその他の部品を被動部材に接続又はリンクするため好ましくは被動部材と一体的に構築されている第３の接続手段を含む。このような第３の接続手段が好ましくは被動部材にリンクされる位置は、少なくとも１つのアクチュエータ部材が好ましくは被動部材にリンクされる前記第１及び／又は第２の位置である。
【００３２】
前記第３の接続手段は、好ましくは被動部材がそれに沿って延在している軸を中心として被動部材において好ましくは円周方向に配設されている少なくとも１つの突起又は少なくとも１つの凹部を含んでいてよい。好ましくはこの第３の接続手段は被動部材の外部表面内に突起、凹部又は段を含み、これは好ましくはそれぞれに、相補的に形成された接続手段の係合のための係合部位を提供する。
【００３３】
被動部材は好ましくは第１の位置及び第２の位置を提供し、被動部材は好ましくは前記第１の位置と前記第２の位置の間の距離に沿って延在し、好ましくはこの距離に対して平行に延在し、かつ好ましくは前記第１の位置と前記第２の位置の間の１本の軸を画定する直線距離に対して平行に延在する。前記第１の位置と第２の位置の間で、被動部材は好ましくは、前記距離の増加又は減少が、好ましくはそれを湾曲させることなく又は好ましくはそれを追加で湾曲させることによって、好ましくは前記距離に沿って被動部材の材料を膨張又は収縮させるような形で、好ましくは形成されている。前記第１の位置と前記第２の位置の間の直線距離は、好ましくは被動部材が弾性変形されていない第１の状態においてならびに被動部材が弾性変形されている第２の状態において同様に、好ましくは５〜１００ｍｍ、好ましくは５〜２５０ｍｍ、好ましくは１０〜５０ｍｍ、好ましくは１０〜３０ｍｍである。好ましくは、前記距離は、前記距離の長さに沿って被動部材を膨張させるように被動部材の膨張のためだけに用いられる。好ましくは器具の骨格を形成する被動部材に前記弾性変形を直接適用させることで、例えばＵ字形基部を有する公知の器具と比べて器具の寸法決定をより小さいものに保つことができるという利点が得られる。さらに、器具内に内部膨張距離を提供することにより、作動が器具のサスペンションから一層独立したものとなり、器具をリニヤモーターなどを伴う他のマイクロマニピュレータに接続してよく、こうして器具の利用上の柔軟性をより高めることができるという利点が得られる。
【００３４】
被動部材は好ましくはその第１の状態では未変形であり、その第２の状態では変形されており、第３の状態では変形度がより低くなる。第３の状態では、被動部材は好ましくは第２の状態の場合に比べ、少なくとも１０∧２、１０∧３又は１０∧４又はそれ以外の倍数で変形度が低い。第３の状態では、少なくとも１つのアクチュエータ素子は好ましくは、被動部材により弾性機械応力下、好ましくは圧縮下に保たれる。圧縮、好ましくはバイアス圧縮は、器具の作動のいかなる時点においてもアクチュエータ素子が引張応力を受けることがないような形で選択されるのが好ましい。前記圧縮は、例えば、アクチュエータ素子のアイドル状態でアクチュエータ素子を圧縮するカウンタサポートの締付けトルクが５００Ｎｍｍである場合、１０２５Ｎのバイアス力を結果としてもたらし得る。これは、好ましくは前記構成要素を担持する、好ましくは被動部材にアクチュエータ素子を固定するネジ山などを含む接続手段によって達成可能である。このようなバイアス応力のメリットは、アクチュエータ素子と被動部材の間のあそびをその全ての状態において回避できるという点にある。したがって、アクチュエータ素子の力は即座にかつ直接的に被動部材に伝達され得る。アクチュエータ素子が圧電素子を含む場合、バイアス圧縮は詳細には圧電素子の負荷能力の増加を導く。圧電素子の圧力下での作業能力は、張力下での作業能力よりもはるかに高く、時として１０〜２０倍高い。脆性破壊の危険以外に、不正電圧を伴う引張応力下にある場合に圧電素子を消極する危険性が存在する。恒久的（バイアス）圧縮下で圧電素子を駆動する場合、引張／圧縮の組合せ状態を伴うシステムに比べて機械的負荷能力を増大させることができ、より高い周波数の交流電力を印加することができる。バイアス力を提供することの主要な利点は、動作区分のより高速の前進後退動作を達成できるという点にある。動作区分は、張力負荷の場合に発生し得るアクチュエータ素子（例えば圧電素子）の消極の危険性無く高速の電圧変化によって復帰可能である。
【００３５】
被動部材は好ましくは弾性材料で製造されているか又は少なくとも部分的に弾性材料で製造されているか又は弾性材料で製造された区分を含む。さらに、被動部材は好ましくは弾性の異なる複数の区分を含む。前記弾性材料は、好ましくは０．２ｋＮ／ｍｍ2超、好ましくは１００ＫＮ／ｍｍ2超、好ましくは２００ｋＮ／ｍｍ2超そして好ましくは１８０〜２４０ｋＮ／ｍｍ2のヤング率を有する。好ましくは、前記弾性材料は鋼、セラミック又はガラスであるか又はこれを含む。好ましくは１８０ｋＮ／ｍｍ2超のヤング率を有する鋼又はその他の材料は、安定した構造、詳細には安定した被動区分を設計できるという利点を提供する。こうして詳細には、より堅牢でかつ耐久性の高い器具を構築しかつ動作を生成するためのより信頼性の高い方法を提供することが可能となる。一方で、このような材料は、その弾性に起因して、好ましくは例えばアクチュエータ素子としての従来の圧電素子又は、好ましい実施形態に係る器具のために利用可能であり、例えば燃料噴射器用に利用される自動車業界において応用されている強圧電素子などのその他の圧電素子を含むアクチュエータ素子を用いて、圧縮又は膨張されるのに適している。好ましくは、被動部材は導体として使用され、好ましくは器具の電気回路構成要素として使用される。
【００３６】
少なくとも１つのアクチュエータ素子の起動により誘発される任意の方向に関連する被動部材の長さ変化は、好ましくは、被動部材の変形した第２の状態及び未変形の第１の状態でそれぞれ測定された場合の前記第１の位置と前記第２の位置の間の直線距離の差に対応する。定義上、長さ変化は、前記方向に関連して膨張した被動部材については正の符号を有し、圧縮被動部材については負の符号を有する。被動部材の長さ変化は、好ましくは０．５〜２．０μｍ、０．５〜１．０μｍ、０．１〜０．５μｍ、０．０５〜０．５μｍ、０．０１〜０．５μｍ、０．０１〜１．８μｍ又はそれ以外を含む一群の長さ変化範囲から取られる。
【００３７】
前記振幅は好ましくは、少なくとも１つの圧電素子を伴うアクチュエータ素子を提供し、それぞれ好ましくは２００Ｖ〜４２５Ｖ、２００Ｖ〜６００Ｖ又は１００Ｖ〜３００Ｖの電圧領域内で前記アクチュエータ素子を駆動することによって実現される。前記アクチュエータ素子にそれぞれの電圧を加えると、（７００；１．１０３２）、（６００；０．９４５６）、（４２５；０．６６９８）、（２００；０．３１５２）、（３００；０．４７２８）、（１００；０．１５７６）という参考リスト例（電圧〔Ｖ〕、振幅〔μｍ〕）により例示的に記述される通り、この場合いかなるバイアス圧縮も適用されない一つの振幅を実現することができる。バイアス圧縮下では、振幅は、わずかに小さい、すなわち例えば５．０、１．０又は０．０１％未満だけ小さくなると予想することができる。
【００３８】
最大長さ変化は、被動区分の長さ又は詳細には前記直線距離、及び利用される少なくとも１つのアクチュエータ素子の強度に左右される。所与の力について、より高いヤング率を有する弾性材料はより低い長さ変化を提供することになる。
【００３９】
動作区分は好ましくは、画定された方向における被動要素の長さ変化が結果として、前記長さ変化に対応する（好ましくはこれに等しい）振幅だけ動作区分の動作をもたらすような形で被動区分にリンクされている。例えばウシの卵母細胞に対して行われるＩＣＳＩのため、詳細には数μｍ（例えば５〜８）の直径の開口部を有するガラスキャピラリを用いて透明帯を貫通するために、例えば５０〜２５０ｍｍの振幅を用いることができる。好ましくは１８０ｋＮ／ｍｍ2より大きいヤング率を有する鋼又はその他の材料が、生体細胞材料又はその他の構造に精確に作用できるようにするような適切な振幅を提供できる。
【００４０】
前記弾性材料は、好ましくはおよそ１μｍ又は１０μｍの巨視的規模で見た場合に均質であるか、又は、少なくとも均質な区分を有する。さらに前記弾性材料は同質でないか又は少なくとも不均質区分を含むことが好ましい。例えば、この材料は例えば典型的構造変数としてマイクロメートル領域の結晶粒径などの構造、あるいはマイクロメートル又はミリメートルより大きい構造値を伴う構造を有することができる。弾性材料は、任意の圧力の気体が充填された中空区分を有し得る中実材料で製造可能であり、前記中空区分は好ましくは細孔又は開口部などである。
【００４１】
例えばｘ方向に延在する被動部材のｘ方向に作用する力による任意の湾曲は、ｘ方向での動作区分の位置の変化をひき起こすことができる。しかしながら、好ましい実施形態に係る器具については、ｘ方向でのアクチュエータ部材による起動時の弾性変形に起因する被動部材の長さ変化の効果が好ましくは優勢であり、これにより動作区分はｘ方向にシフトさせられ、好ましくは湾曲が無視できる程度のものである、ということが好ましい。これは、詳細には、動作区分の所望の線形動作という好ましいケースについて好まれる。ただし、詳細には、２つ以上の方向、例えばｘ、ｙ及び／又はｚ方向でも少なくとも部分的に動作を生成するために、被動部材の湾曲がある量まで意図されてもよい。動作区分の線形動作が所望される場合には、アクチュエータ部材による起動の時点で被動部材の湾曲が前記方向で（実質的に）全く発生しないような形で、少なくとも１つのアクチュエータ素子を被動部材にリンクさせることが好ましい。動作区分の線形動作が意図される場合、前記湾曲が好ましくは無視できるほどのものであることが好ましい。無視できるというのは、例えばＩＣＳＩを実施するための器具の応用という所望の技術的目的を達成するために許容可能であることを意味する。好ましくは、線形動作は、好ましいｘ方向における最大振幅Ａ_ｘに対する、その近位の端部で動作区分まで延伸されたツールの動作区分又は遠位端部のｙ方向（及び／又はｚ方向）における最大振幅Ａ_ｙ（Ａ_ｚ）の比率Ｒを提供し、Ｒ＝Ａ_ｙ／Ａ_ｘ及び／又はＲ＝Ａ_ｚ／Ａ_ｘはそれぞれ、好ましくは０．５、０．２、０．１、０．０５、０．０１、０．００５、０．００１、０．０００５、０．０００１より小さく、より好ましくは０．００００５、０．００００１、０．０００００５、０．０００００１、０．００００００５、０．００００００１より小さい。
【００４２】
さらに、少なくとも１つのアクチュエータ素子は、アクチュエータ素子による起動の時点での被動部材の湾曲が動作の方向において限定された量で発生するような形で被動部材にリンクされており、好ましくは、前記方向がアクチュエータ部材による起動の時点でのその弾性変形に起因する被動部材の長さ変化の方向であることが好ましい。限定された量とは、被動部材の前記湾曲が所望の線形方向で動作区分をシフトさせる第１の割合が、弾性変形した被動部材の前記方向での長さ変化に起因する第２の割合よりも小さいことを意味する。好ましくは、第１の割合を第２の割合で除した商は、２未満又は１未満であり、それぞれ好ましくは０．５、０．１、０．０１又は０．００１という値のいずれよりも小さい。
【００４３】
前記第１又は第２の位置で、少なくとも１つのアクチュエータ素子は好ましくは、被動部材がアクチュエータ素子による起動時点で前記長さ変化を受けるような形で、被動部材にリンクされている。第１の位置は、詳細にはアクチュエータ素子により生成された力を被動部材に伝達するために、アクチュエータ素子により生成された力を伝達する素子、例えばアクチュエータ素子自体などが被動部材と接触するか又は被動部材にリンクされる１つの点又は接触部域又は複数の点又は接触部域を含み得るか又はこれらの点又は部域であり得る。好ましくは、被動部材上には、アクチュエータ素子が被動部材にリンクされる少なくとも１つの第３の位置が提供される。
【００４４】
好ましくは、被動部材にリンクされているアクチュエータ素子の起動は、前記第１の位置と前記第２の位置の間の線形距離に沿った被動部材の長さ変化をひき起こす。好ましくは、被動部材は第１の長さ変化だけ、前記第１の位置と前記第２の位置の間で膨張されるように適応されている。さらに好ましくは、被動部材は、第２の長さ変化の長さだけ前記第１の位置と前記第２の位置の間で圧縮されるように適応されている。さらに好ましくは、被動部材は、第１の長さ変化の長さだけ前記第１の位置と前記第２の位置の間で膨張されるように適応されており、同時に第２の長さ変化の長さだけ第３の位置と第４の位置の間で圧縮されるように適応されている。このような適応は、少なくとも１つのアクチュエータ素子の前記位置に対するリンケージのためのカウンタサポート（例えば突起、凹部、開口部、段）を提供するために被動部材を前記位置で構成することによって実現可能である。
【００４５】
少なくとも１つのアクチュエータ素子が提供される。好ましくは、多数の、例えば２、３、４、５、６個以上のアクチュエータ素子が提供されている。各々のアクチュエータ素子は好ましくは、少なくとも１つ、好ましくは多数、例えば２、３、４、５、６個又はさらにはるかに多く、例えば数十又は数百個のアクチュエータ部材を含む。好ましくは、少なくとも２つ又は３つのアクチュエータ素子が提供され、これらは、座標系のｘ、ｙ及びｚ方向での被動部材の起動を可能にするように、被動部材のまわりに配設されている。
【００４６】
アクチュエータ素子又はアクチュエータ部材は、圧電素子例えば圧電セラミック例えば軟質又は硬質セラミック、例えばＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ［ＺｒｘＴｉ１−ｘ］０３（０＜ｘ＜１、ＰＺＴ）、ＫＮｂＯ３、ＬｉＮｂ０３、ＬｉＴａ０３、Ｎａ２Ｗ０３、Ｂａ２ＮａＮｂ５０５、Ｐｂ２ＫＮｂ５０１５、ＰＭＮなどであり得る。
【００４７】
好ましくは、１アクチュエータ素子又はアクチュエータ部材は環状構造、好ましくは対称円環状構造を有し、こうしてそれを円筒形状の被動部材の本体のまわりに配設することができるようになっている。好ましくは、少なくとも１つのアクチュエータ素子及び／又はアクチュエータ部材（例えば圧電ホイル）が合わせて積層されて１つの起動装置を形成する。アクチュエータ素子及び／又はアクチュエータ部材は好ましくは例えばｘ方向などの少なくとも１つの方向との関係において順次配設される。例えば自動車産業で利用される燃料噴射器用に使用されかつ好ましい実施形態に係る器具のために利用可能である強圧電素子が好ましい（例えばＰａＴｉＯ３系、Ｐｂ〔ＺｒｘＴｉ１−ｘ〕Ｏ３（Ｏ＜ｘ＜１、ＰＺＴ））。数十〜数百の個別に接続された圧電素子、例えば圧電ホイルの積層を含む積層型圧電素子が好ましい。好ましくは、アクチュエータ素子及び／又はアクチュエータ素子が並列接続される。これにより供給電圧を比較的低く、好ましくは６００Ｖ未満そしてより好ましくは５００Ｖ未満に保つことができる。さらに、達成される動作振幅は例えば０．５〜１．８μｍと大きく、制御用電子機器はさらに実現が容易で安価である。
【００４８】
好ましくは、少なくとも１つのアクチュエータ素子は、全てのアクチュエータ素子の等しい起動の結果もたらされる力ベクトルが前記軸を指すような形で被動部材を通る１本の軸のまわりに配設されている。例えば、円筒形状の被動部材のまわりに配設されている円環状圧電素子の場合がそれである。こうして、例えばＩＣＳＩなどの数多くの利用分野のために所望される１つの明確な方向例えばｘ方向でのリンクされた動作区分の動作及び被動部材の線形起動という利点が得られる。好ましくは、少なくとも１つのアクチュエータ素子及びアクチュエータ素子を被動部材にリンクする接続手段は、アクチュエータ素子の力が被動部材に対し軸方向に伝達されるような形で配設されている。これはすなわち、全てのアクチュエータ素子の同等な制御下で、それらの正味の力が被動部材の断面の中心に作用しているということを意味している。こうして、被動部材の湾曲が回避されるという任意の利点が得られる。こうして、任意に接続されたツールのたわみは削減され、好ましいことに線形動作のみが達成されることから、断面の幅又は中ぐりの直径が削減されることになる。しかしながら、一部の利用分野については、より高次元の動作を達成するため、少なくとも１つ（例えば２個又は３個）のアクチュエータ素子を異なる形で制御することにより、被動部材の湾曲を許容することが可能でありかつ好ましい。
【００４９】
好ましくは、器具は、マイクロマニピュレータ又はサスペンション装置であり得る第２の器具に接続するための接続手段を含む。好ましくは、被動部材には、動作区分の反対側に配設されている被動部材の部品であり得る接続区分が具備されており、こうして１つ又は複数のアクチュエータ素子は動作区分と接続区分の間に、ただし好ましくは被動部材に対し平行に配設されるようになっている。さらに、少なくとも１つのアクチュエータ素子のためのハウジングを提供することが可能でありかつ好ましく、この場合このとき前記接続手段をハウジングに配設することができる。好ましくは、器具上に慣性質量要素が具備され、これは好ましくは少なくとも１つのアクチュエータ素子と、器具を他の器具に接続する前記接続手段との間で力伝達連鎖の形で配設される。前記慣性質量要素は好ましくは鋼又は他の材料で製造されている。この慣性質量要素の役目はこの場合、好ましくは器具の前方部分にある動作区分の推進に有利なようにアクチュエータ素子から結果として得られた力を分配し、好ましくは器具の後方部分を形成している接続手段（又は任意に接続された他の器具、例えばサスペンション装置）の推進を低減させることにある。これは、大きい質量の方が、接続された小さい質量の方よりも加速度が小さく、結果として大きい方の質量（慣性質量要素及び任意の接続されたさらなる器具）の変位と比べて軽い方の質量（動作区分）の変位の方が大きくなるということを意味するニュートンの第３法則「作用反作用の法則」の概念に従うものである。
【００５０】
こうして、動作の生成効率が改善され、好ましくは接続されるさらなる器具に対する器具の接続部ならびにさらなる器具に加わる応力は少なくなる。
【００５１】
好ましくは、少なくとも１つのアクチュエータ素子による起動を制御する制御装置が器具のために提供される。この制御装置は好ましくは電気回路、詳細にはアクチュエータ素子の供給電力を制御するための電力回路を含む。このような回路は好ましくは絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を含む。供給電圧生成手段により供給される高電圧は好ましくはＩＧＢＴを用いて所望の振幅及び周波数で圧電素子に分配される。制御装置は好ましくはマイクロコントローラ、好ましくはマイクロプロセッサそして好ましくはデータ記憶装置、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ又はＥＥＰＲＯＭなどを含む。制御装置は好ましくは、既定の動作プログラムを実行するために器具のユーザーがプログラミングできるように適応されており、このプログラムに従って、所望のシーケンス、周波数、パルス数、振幅などで１つの動作が生成されて、器具を用いた作業の再現性を改善する。制御装置は好ましくは、好ましい実施形態に係る器具の外部に配設され、詳細には外部に取付けられ、好ましくはケーブルを介して器具に接続されている。ただし、制御装置を器具にリンク又は取付けることも同様に可能であり、かつ好ましい。
【００５２】
好ましくは、器具は信号を受信するための手段及び／又は信号を送信するための出力手段を含む。入力手段は、器具をユーザーが制御するためのボタン又は制御パネルを含むことができる。入力手段は同様に、器具を用いた作業を自動化するため例えばワークステーション又はＰＣなどの別の装置により制御装置を遠隔制御するようにデータインタフェースを含むこともできる。詳細には、ユーザーが自分の足で制御を行なえるように好ましくは前記入力装置の１つとして、フットスイッチを具備してもよい。フットスイッチは、器具又は外部制御装置に接続されてよい。出力手段は、視覚的及び／又は音響的手段、例えばスピーカー又はディスプレイ又はＬＥＤを含んでいてよく、この場合、制御装置は制御装置又は器具の状態についての情報をユーザーに信号送りするように適応されている。出力手段はさらに、例えばワークステーション又はＰＣなどの別のデータ処理装置に情報を送るためのデータインタフェースを含むことができる。同様に、器具は、自らの状態及びアクチュエータ素子例えば圧電素子の状態についての情報を提供するために制御装置及び／又は入力手段及び／又は出力手段、詳細にはデータインタフェースを含むこともできる。こうして器具の作動及び能力を監視することができるようになる。
【００５３】
制御装置は好ましくは少なくとも１つのアクチュエータ素子の起動を制御するように適応されている。好ましくは、制御装置は、少なくとも１つのアクチュエータ素子に一定数の起動作用を行わせるように適応されており、この起動作用はユーザーによって選択され得るか又は自動的に選択され得、前記数は好ましくは１、２、３、４、５以上である。好ましくは、制御装置は全てのアクチュエータ素子に同じ電力を供給するように適応されている。しかしながら、好ましくは制御装置のデータ記憶装置内に記憶されていることが好ましい既定のプログラムにしたがって異なるアクチュエータ素子又はアクチュエータ部材に異なる電力を供給するように制御装置が適応されていることも同様に好ましい。好ましくは、制御装置は動作区分の動作を制御するように適応されている。好ましくは制御装置は、単一のパルス又は単一の衝撃あるいは既定の又はユーザーが定義できる数のパルスを伴う動作区分の一連の推進力、異なる動作振幅、振動数、遅延時間を伴う振動動作又は動作パターンを生成するように適応される。
【００５４】
さらに、制御装置は、システム制御装置と同一であり得、あるいはシステム制御装置の一部であり得る。
【００５５】
システム制御装置は、補給動作とパルス動作を含む組合せ動作をツール区分に行わせるように構成されている制御手段を提供しており、パルス動作中の第１の時点と補給動作中の第２の時点の間の時間的推移は既定であり、システム制御装置により提供されている。好ましくは、システム制御装置は器具の活動と補給動作装置の活動を協調させるように構成されている。システム制御装置という用語は必ずしも単一の装置を意味せず、空間的に分布又は接続され得る複数の装置を含む可能性がある。
【００５６】
さらに、システムは少なくとも部分的に一体型のシステムであり得、この場合、器具及び補給動作装置は１つの一体型システム制御装置によって直接制御されるか又は、システム制御装置（又は補給動作装置）の制御専用のものでかつ両方の動作の協調的制御をも実施する拡張型制御装置を使用することによって制御される。このようにして、例えば、好ましくは両方の動作を制御し同期化するプログラムコードによるプログラミングが可能なマイクロコントローラーなどの１つのデータ処理装置を使用することによって、あるいは、パーソナルコンピュータなどの外部装置などの別のプログラムにより駆動される装置によりデータ処理装置を制御することによって、器具のパルス動作及び補給動作を容易に実行できる。
【００５７】
システムがモジュール式であり、パルス動作のための器具、補給動作のための補給動作装置及び器具と補給動作装置を協調させるシステム制御装置とを組合せて用いることによってシステムを組立てることができるということが可能でかつ好ましい。こうして、好ましくは器具及び補給動作装置は、それぞれに分解された場合にシステムとは独立したその作動を可能にするそれぞれに割当てられた専用の制御装置を有しており、システム制御装置は別の制御装置の協調を制御する別個の装置である。制御装置とシステム制御装置は少なくとも部分的に異なる装置であるか又は異なったものであることが可能でありかつ好ましい。システムのこのモジュール式セットアップにより、その使用の柔軟性がさらに高くなる。例えば、システム制御装置又は制御手段は、第１の制御装置及び第２の制御装置を含むことができ、またシステム制御装置は第１の制御装置及び第２の制御装置とは別個のものである装置であり得る。こうして、第１の制御装置が器具のパルス動作を制御し、第２の制御装置が補給動作装置の補給動作を制御するように規定することができる。このような実施形態により、システムのモジュール式セットアップを達成することができかつこのような実施形態のさらに有利な構成を提供することができる。第１の制御装置は器具の一部であり得、第２の制御装置は補給動作装置の一部であり得る。
【００５８】
システム制御装置及び／又はシステム制御装置の制御手段は電気式であり得る。それらは各々電子回路、詳細には集積回路、プログラマブル回路及び／又はプログラム制御可能な回路を含むことができる。詳細には、制御手段は、プログラムコード又はプログラムコードを用いて生成される制御信号を用いて、ツール区分の動作を制御するプログラム制御可能な回路を含むことができる。好ましくはシステム制御装置は、少なくとも１つのプログラムコード又は少なくとも１つの制御信号又は１シーケンスの制御信号を含むか提供し、適用する。信号は好ましくは、ツール区分の動作の速度及び／又は振幅又はツール区分の周期的パルス動作の周波数に影響を及ぼし得る補給動作装置又はアクチュエータ素子の供給電圧の制御に関する情報などの情報を輸送できる電気信号である。詳細には、プログラムコード又は１つ又は複数の制御信号は、器具及び／又は補給動作装置の少なくとも１つのアクチュエータ素子の活動を調整するためにシステムが使用できる情報を含んでいる。プログラムコード、制御信号又は制御信号シーケンスは好ましくは、それぞれに少なくとも１つのアクチュエータ素子及び／又は補給動作装置の活動を調整するように適応されている。
【００５９】
好ましくは、システム制御装置詳細は、少なくとも１つのアクチュエータ素子及び／又は補給動作装置に供給電圧を供給するように適応されている電源電子機器を含む。適切な供給電圧は、詳細にはアクチュエータ素子又は補給動作装置がこのような圧電素子を含む場合に、上述した通り１つ以上の圧電素子を制御するのに適している電圧領域内にあり得る。
【００６０】
制御手段は、少なくとも１つのアクチュエータ素子を用いて器具にツール区分のパルス動作を行わせるように構成されている。さらに、制御手段はツール区分の補給動作を制御するように構成されている。その上、制御手段は、ツール区分が組合せ動作を行うような形で構成される。制御手段の前記構成は好ましくは、システム制御装置の電子回路が、プログラムコードによって制御可能な電子回路を含み得る制御手段を含んでいることを暗示している。その上、前記プログラムコードは好ましくは制御手段の一部であり、したがって好ましくは本発明に係るシステムの一部である。したがって、例えば適切なプログラムコードを含み入れることによる制御手段の構成は、本発明に係るシステムの１つの適切な特徴を成す。
【００６１】
システム制御装置、詳細には制御手段及び／又は第１及び／又は第２の制御装置がそれぞれに、少なくとも１つのマイクロコントローラ及び／又はデータ処理ユニット（ＣＰＵ）及び／又はメモリー手段例えばＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリーを含み、かつ好ましくは前記メモリー手段内に表の形で保存可能な制御データを含むことが可能でかつ好ましい。しかしながら同様に、制御データを、例えばシステム制御装置により計算されたデータなどの他のデータに応じてか又はユーザーにより手動式に入力されたデータに応じてシステム制御装置によって生成することも可能でかつ好ましい。適切な制御データを選択した時点で、制御データはシステム制御装置によりそれぞれの電気制御信号に翻訳され、好ましくはこれらの信号は少なくとも１つのアクチュエータ素子及び／又は補給動作装置の活動を制御する。
【００６２】
組合せ動作は補給動作とパルス動作を含み、パルス動作中の第１の時点と補給動作中の第２の時点の間の時間的推移は既定であり、制御手段により提供される。組合せ動作は本発明に係るシステムの１つの重要な特徴を表わしている。すなわちこれは、システムが特に両方の種類の動作の間でのユーザー対話を必要とせずに、パルス動作に結合された補給動作及びその逆を自動的に実施することができる、ということを意味している。このことは、例えば、特定のタイプの細胞膜を貫通するためなどの所望の技術的目的を際限可能な形で達成するように規定されている組合せ動作から成る動作パターンを開発し応用する上で一助となる。両方の種類の動作の時間シーケンスに関しては、多様な組合せ動作を調製することができる。動作の前記結合は、パルス動作中の第１の時点と補給動作中の第２の時点の間の既定の時間的推移を提供することによって達成される。
【００６３】
好ましくは、器具のパルス動作を制御するシステム制御装置の第１の構成要素と補給動作装置の補給動作を制御するシステム制御装置の第２の構成要素は、それぞれ相互対話するように構成可能である。好ましくは、第１の構成要素は第１の制御装置であり、第２の構成要素は第２の制御装置であり、これはそれぞれに、もう一方の構成要素又は制御装置の動作とは独立してそれぞれの動作を制御することができる。
【００６４】
しかしながら、第１及び第２の構成要素（又は制御装置）がもう一方の構成要素と対話できるようにする対話手段をシステム制御装置が含んでいることが好ましい。システムは好ましくは、詳細にはその前記第１の時点でそれぞれに第１及び第２の制御装置に電気信号又はデータを交換させ、第１の制御装置に補給動作の進行に影響を与えさせ、かつ、第２の制御装置にパルス動作の進行に影響を与えさせるように構成されている対話手段を含む。このような対話手段は好ましくは、両方の構成要素間の電気的インタフェース、接続又は回路を含み、好ましくは電気的対話信号又は対話データを含む。例えば、両構成要素の間のデータフローを可能にする回路を提供することができ、その場合各々のデータ受信構成要素（制御装置）はデータフロー（シーケンスの形で送られ所望の制御情報を表わす電気信号）を評価し、データフローから制御信号を抽出するように適応されており、各データ送信構成要素（制御装置）はそれぞれのデータを送るように適合されている。このような対話信号は、それぞれのもう一方の構成要素の制御プロセスに影響を与えるために第１及び第２の構成要素により使用される。このようにして、ソフトウェアーハンドシェークに基づく対話プロセスが、組合せ動作の制御を目的として提供され得る。データを交換するためのインタフェースは、光学式又は電気式ならびに有線又は無線のインタフェースを含み得る。さらに、器具及び補給動作装置の活動を協調させるためにハードウェアハンドシェークを使用することができる。
【００６５】
ハンドシェークという用語は、不規則に発生するデータ転送の場合のデータ転送同期化方法を意味する。データ送信者は、受信者に新しいデータを送ることができる（又は送りたい）場合に合図を送り、好ましくは受信者は、新しいデータを受信できる（又は受信したい）場合に合図を送る。同期化が追加のハードウェア制御接続例えばＲＳ２３２接続における追加の制御線ＲＴＳ及びＣＴＳによって実現される場合、これはハードウェアハンドシェークと呼ばれる。
【００６６】
パルス動作中の第１の時点と補給動作中の第２の時点の間の時間的推移は、対話データによって制御可能である。一般に、時間的推移は、好ましくはパルス動作中は前記第１の時点であり補給動作中は第２の時点である開始時点によって、あるいは第１の時点と時間周期によって定義され、この時間周期の終了時点は実質的に前記第２の時点に対応する。例えば、第１の制御装置は、第２の制御装置に対して具体的事象、例えばツール動作が第２の位置に到着する事象、又はツール動作が第１の位置に到着する時点又はパルス動作中の別の時点を伝達するように構成され得る。
【００６７】
次に、具体的な時間的推移は、時間的開始点としての前記事象の時点（第１の時点）に対話相手の構成要素（制御装置）までのデータ転送時間を加え、さらに時間周期を加えたものによって決定され、時間的推移の終りで補給動作の第２の時点が起こり得る。前記第２の時点は、補給動作の開始時点、補給動作の一部分の開始時点又は補給動作中の別の時点であり得る。好ましくは、時間的推移の時間周期は既定であり、それは少なくとも単一の組合せ動作が開始される前に既定される。しかしながら、後続する組合せ動作と後続する一連の組合せ動作の間の時間的推移の時間周期を変動させるようにシステムを適応させることができ、これにより、さらに柔軟な動作パターンが可能となる。詳細には、時間的推移の時間周期は、以下の時間周期を含むことができ、あるいは、それぞれに好ましくは以下の時間周期範囲から取り上げることができる、０．０ｍｓ、［０．０〜０．０５ｍｓ］、［０．０５〜０．１ｍｓ］、［０．１〜０．５ｍｓ］、［０．５〜１．０ｍｓ］。
【００６８】
前記事象が、例えばそれぞれに器具、１つ又は複数アクチュエータ素子又は補給動作装置に配設され得る加速度センサー又は（好ましくは光学式の）ポジショニングセンサーなどの１つ以上のセンサーによって測定されるデータによってトリガーされるか又は、システム制御装置により提供され得る電子測定手段が受信しているデータによりトリガーされることも同様に可能であり、好ましい。このようにして、アクチュエータ素子、器具及び／又は補給動作装置の実際の動作段階をより正確に考慮する組合せ動作をセットアップすることが可能である。例えば、実際のパルス動作の段階の時点、例えば終了時点又はツール区分が第２の又は第１の位置に到着している時点で、実質的にそれより早くも遅くもなく精確に補給動作を後続させることが所望されるかもしれない。センサーはそれぞれの事象を検出し、補給動作又はその一部をトリガーすることができる。その上、システムの他のセンサーを用いて前記事象をトリガーすることも可能である。このようなセンサーは例えばツール先端部と生体標的試料の距離などの位置を決定するためにＬＥＤ及びフォトダイオード又は電気キャパシタンス測定を用いる光学的又は電気的ポジショニングセンサーであり得る。このようにして、センサーにより測定された事象によって組合せ動作の動作パターンがトリガーされ得、これにより、特に生体試料の精確かつ再現性ある処理が可能となる。
【００６９】
その上、システム制御装置にタイマー装置を使用することによって組合せ動作を制御することが可能かつ好ましく、この場合、タイマー装置をシステム制御装置内に一体化するか又は外部に配設することができる。この場合、時間的推移は、パルス動作中の第１の時点例えばパルス動作の開始時点ならびに補給動作の第２の時点例えば補給動作の開始時点を規定する既定のタイムスケジュールにしたがって器具及び補給動作を制御することによって提供される。したがって、タイムスケジュールは、パルス動作及び補給動作のそれぞれの終了時点又は、具体的事象を意味する他のそれぞれの時点をも含むことができる。このようにして、マザークロックとして作用し得る前記タイマー装置を用いて追従される詳細なタイムスケジュールを提供することが可能である。
【００７０】
組合せ動作の以下の動作パターンがそれぞれに好ましく、同様にさらなる動作パターンを形成するために組合せることも可能である。
【００７１】
第１の動作パターンでは、Ｎ１回の完全なパルス動作が器具により実施され、最後のパルス動作の終りは前記「第１の時点」を表わし、ここで、この時点は時間周期Ｔ２中の連続補給動作であり得るか又は補給動作の無い複数の時点により中断されるＮ２回の補給動作周期を含む補給動作であり得る１補給動作の開始時点である「第２の時点」に実質的に対応しており、Ｎ１及びＮ２は好ましくは１であるか又は｛１、２、３、…Ｎ｝の中から取られ、ここでＮは任意の自然数である。この種の組合せ動作は、生体膜の構造を局所的に分断し弱化するため、好ましくは実質的にツールの直径に対応する直径内でのみ膜を弱化するため、及び膜の分断位置を通ってツールを挿入するため、例えばＩＣＳＩの場合には卵母細胞内により深くキャピラリーを挿入するために、特に有用である。
【００７２】
第２の動作パターンでは、Ｎ３対のＮ１回パルス動作とＮ２回の補給動作の一連の組合せが行われ、Ｎ１は好ましくは１又は５未満であり、Ｎ２は好ましくは１であり、Ｎ３は好ましくは範囲〔１−３〕、〔３−５〕、〔５−１０〕、〔１０−２０〕又はそれ以上の範囲から選択されており、一般にＮ１、Ｎ２、及びＮ３は好ましくは｛１、２、３、…Ｎ｝の中から取られ、Ｎは任意の自然数である。この種の動作パターンは、前進するツール先端部の経路内に例えば細胞膜及び細胞小器官又は細胞核の膜などの２つ以上の膜を提供する、例えば生体細胞体などの嵩高く軟質の材料の中に貫入するために特に有用である。補給動作の複数のステップ間で、材料は局所的に弱化されて、補給動作の後続するステップに対する材料の局所的抵抗性を低下させる。このようなパターンは好ましくは、例えば生きた細胞などの標的材料の不要な損傷を回避することができる。
【００７３】
第３の動作パターンでは、少なくとも１つの連続補給動作が実施され、Ｎ１回のパルス動作が前記連続的補給動作中に実施され、これはすなわち、好ましくは、器具の少なくとも１つのアクチュエータ素子が作用状態にあるとき補給動作装置が同時に作用状態にあることを意味している。こうして、標的材料は、ツールの前進時点で反復的かつ恒久的に弱化されることから、ツールの高速かつ効果的な前進が可能となる。
【００７４】
好ましくは、１つの動作パターンで、組合せ動作の補給動作はパルス動作を行うことによってトリガーされる。
【００７５】
反対に、前記動作パターンはそれぞれ補給動作で開始してその後にパルス動作が続くことも可能である。
【００７６】
好ましくは、制御手段は、組合せ動作を行うように構成されており、この場合、器具はｘ軸に沿ったパルス動作の振幅を提供するように構成されており、前記振幅は例えば０．５μｍ、１．０μｍ又は１．５μｍなどのユーザー定義可能な振幅以下であり、補給動作装置は、ｘ軸に沿った補給動作の振幅を提供するように構成されており、前記振幅は、例えば１〜２、２〜５、５〜１０、１０〜１００の間又はそれとは異なる倍率で組合せ動作の対応するパルス動作の振幅以上である。この種の動作パターンは、生物学的構造（例えば膜）の弱化後の高速かつ効果的な前進動作を可能にし、例えば細胞の比較的短時間で穏やかな処理を導く。しかしながら、好ましくは制御手段が、組合せ動作を行うように構成されており、器具がｘ軸に沿ったパルス動作の振幅を提供するように構成されており、前記振幅は例えば０．５μｍ、１．０μｍ又は１．５μｍなどのユーザー定義可能な振幅以下であり、補給動作装置は、ｘ軸に沿った補給動作の振幅を提供するように構成されており、前記振幅が組合せ動作の対応するパルス動作の振幅以上であることも同様に可能であり好ましい。この種の動作パターンは、生物学的構造（例えば膜）の弱化後の高速かつ効果的な前進動作を可能にし、例えば細胞の比較的短時間で穏やかな処理を導く。この種の動作は、例えば材料にツールを貫入させるためにより多くの位置におけるパルス動作によるより多くの弱化を必要とする、より抵抗性の高い材料を処理するために有用であり得る。
【００７７】
パルス動作の周期が補給動作の周期と完全に又は部分的に一致する、重複する又は後続するその他の動作パターンをセットアップすることができ有用である。好ましくは、このシステムはユーザーに所望の動作パターンをカスタマイズさせるように構成されている。好ましくは、システム制御装置は、所望の動作パターンを適用するために１つのプログラムコードを利用する。このようなプログラムコードは好ましくはシステム制御装置のメモリー手段内に記憶される。プログラムコードは部分的に又は完全にユーザーによって生成されるか、あるいは部分的に又は完全に既定されたメーカー製でありパラメータを変更することによってユーザーが修正できるか、又は少なくとも部分的にパラメータを変更することではユーザーが修正できないものである可能性がある。好ましくは、好ましい動作パターンを表わすデータセットをそれぞれシステム又はシステム制御装置により記憶させて、後にリローディング及び再適用することができる。
【００７８】
器具の好ましい振幅及び周波数については以上で記述した。
【００７９】
補給動作装置は、器具のアクチュエータ素子に関連して記述した通り、例えば圧電素子などの１つ以上のステップモーター又はアクチュエータを含むことができる。その他の前進手段も同様に可能である。しかしながら、補給動作装置は、パルス動作を行う器具アクチュエータ素子の考えられる振幅よりも大きい一つの距離の範囲内でツールの補給動作を行うシステムの能力を表わす、器具のアクチュエータ素子が行うことのできるよりも大きい動作振幅を行うことができることが好ましい。このことは必ずしも、組合せ動作をツールに適用するためには補給動作の振幅はパルス動作の振幅よりも大きくなくてはならないということを暗示しないが、それを意味する可能性はある。詳細には、（組合せ動作内で）補給動作の振幅が、パルス動作の振幅に倍率Ｃを乗じたもの以上である（なおＣは１、２、３、５、１０、５０又は１００以上である）ことが好ましい。これにより、標的材料に高速かつ高効率で貫入できる動作パターンのセットアップが可能になる。しかしながら、制御手段が、組合せ動作を行うように構成されており、器具がｘ軸に沿ったパルス動作の振幅を提供するように構成されており、前記振幅は例えば０．５μｍ、１．０μｍ又は１．５μｍなどの規定の値以下であり、補給動作装置は、ｘ軸に沿った補給動作の振幅を提供するように構成されており、前記振幅が組合せ動作の対応するパルス動作の振幅以上であることも同様に好ましい。
【００８０】
補給動作装置の合計行程（振幅）は５〜１０μｍ、１０〜２０μｍ又は２０〜４０μｍであり、これにより、例えば一般に数多くの他の生体細胞よりも大きな直径又は寸法を有する植物細胞又は卵母細胞の場合により大きいものであり得る所望の貫入深度まで標的材料に貫入することが可能となる。好ましくは、組合せ動作又は動作パターン内の補給動作の振幅は、その他のパラメータに応じて、好ましくは少なくとも１つのアクチュエータ素子を駆動するために器具に適用される供給電圧又はパルス動作の振幅に応じて、システム制御装置により計算される。好ましくは、補給動作の速度は秒速０．０〜１００ｎｍ、１００〜５００ｎｍ／ｓ、５００〜１０００ｎｍ／ｓ、１μｍ〜２μｍ／ｓ、２μｍ〜１０μｍ／ｓの間又はそれとは異なるものである。好ましくは、補給動作の速度はユーザー定義されたものであり得、システム制御装置のメモリー手段により記憶され得、好ましくは、好適な動作パターンを表わすデータセットの一部を成す。
【００８１】
好ましくは、補給動作装置は、詳細にはシステムに恒久的に接続されていない別個の装置であり、器具は好ましくは同様に、詳細にはシステムに恒久的に接続されていない別個の装置であり、両方が１つのモジュール式システムを形成している。器具は、ツール区分のパルス動作を生成するための公知の器具であり得、補給動作装置は補給動作を生成するための公知の補給動作装置であり得る。しかしながら、器具及び補給動作装置は、それぞれ、互いに対話するように適応されているか又はそのための例えば接続、インタフェース及び／又はプログラムコードなどの手段を備えている。本発明に係るシステムにはめ込むように適応され得る又はそのための追加の手段をそれぞれに備え得る適切な器具は、器具の好ましい実施形態に対応する欧州特許出願第０９０１５９７７号に記述されたＥｐｐｅｎｄｏｒｆ ＡＧ製の細胞マニピュレータ、又はＳｕｔｔｅｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｏｎｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｄｒｉｖｅ、Ｎｏｖａｔｏ、ＣＡ ９４９４９、ＵＳＡにより提供され販売されているＰｒｉｍｅ Ｔｅｃｈ ＰＭＭ−１５０ＦＵである。本発明に係るシステムにはめ込むように適応され得る又はそのための追加の手段を備え得る適切な補給動作装置は、Ｅｐｐｅｎｄｏｒｆ ＡＧ、Ｇｅｒｍａｎｙ、Ｂａｒｋｈａｕｓｅｎｗｅｇ １、Ｄ−２２３３９ Ｈａｍｂｕｒｇにより提供され販売されている「ＴｒａｎｓｆｅｒＭａｎ（登録商標）ＮＫ２」である。
【００８２】
詳細には、システムのツール区分に取付けられたツールによって予め「穿孔」された穴の近傍での細胞膜の不要な損傷を回避するため、例えばｘ軸に沿った線形補給動作が所望され得る。この状況下では、例えばｘ軸に沿って線形動作を行うために最適化されている器具の好ましい実施形態が特に有用である。しかしながら、補給動作は同様に非線形でもあり得、多角形又は湾曲した軌道例えば円形、楕円形、らせん又は異なる軌道に従うことができる。これは、例えば生物学的構造に貫入した後にツール先端部をより精確に位置づけするために有用であり得る。
【００８３】
本発明に係るシステムは、好ましくは、制御データを装置に入力できる入力手段を含み、制御データはシステムのツール区分の動作を制御する。このような入力手段は、ユーザーが動作パターン又は組合せ動作を所望の形でカスタマイズできるようにするか又はユーザーの作成した制御プログラムコードを規定することになる少なくとも１つの組合せ動作を含む動作パターンを組立てることができるようにするための、例えばキーボード、タッチスクリーン、ボタンなどのユーザー入力手段であり得る。このような入力手段は、他の装置例えばＰＣ又は自動実験室システム、例えばＬＩＭＳに接続するためのデータインタフェースも含むことができる。好ましくはシステムは、器具にパルス動作のみを行わせるため又は補給動作装置に補給動作のみを行わせるため、組合せ動作の活動停止を可能にするように構成されている。これは、詳細には、ユーザーの選択によって器具と補給動作装置を組合せて本発明に係るシステムを形成することのできるモジュール式システムにおいて有用である。
【００８４】
特に生体細胞材料に対する作業向けにシステムのツール区分の動作を生成するための本発明に係る方法において、システムには、ツールを配設できるツール区分とツール区分を移動させるように配設された少なくとも１つのアクチュエータ素子とを提供する器具が含まれ、システムには、少なくとも１つのアクチュエータ素子を用いて、ツール区分の第１の位置から開始して、ツール区分を第２の位置まで移動させ、かつツール区分を第２の位置から第３の位置に向かって移動させるツール区分のパルス動作を器具に行わせるように構成された制御手段を提供するシステム制御装置が含まれ、システムがさらに、ツール区分にリンクされ、ツール区分の補給動作を提供することのできる補給動作装置を提供しており、システム制御装置は、ツール区分の補給動作を補給動作装置に行わせるように構成されている制御手段を提供している方法であって、
補給動作とパルス動作を含むツール区分の組合せ動作をシステム制御装置の制御手段に行わせる制御手段であって、パルス動作中の第１の時点と補給動作中の第２の時点の間の時間的推移は既定であり、システム制御装置により提供されているステップと、
好ましくは組合せ動作を行う前に時間的推移を既定し、システム制御装置を用いて時間的推移を提供するステップと、を含む方法。
【００８５】
本発明に係る方法の実施形態及び特徴は、前述したシステム、器具及び動作パターンの説明から導出することができる。
【００８６】
さらに、図面、詳細には好ましい実施形態の器具の記述を参照しながら本発明に係るシステム及び方法の以下の実施形態から、本発明のさらなる利点、特徴及び利用分野を導出することができる。以下では、同じ参照番号は実質的に同じ構成要素を記述する。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】Ｕ字形基部を含む先行技術の器具の側面図を示す。
【図２】本発明に係る方法のいずれかの好ましい構成にしたがって作動させられる、好ましい実施形態に係るシステムのいずれかの実施形態を含むいくつかの機能的構成要素を伴う配設のブロック図を示す。
【図３】器具の好ましい実施形態の長さに沿った垂直断面を示す。
【図４】図３の垂直断面の詳細を示す。
【図５】図３及び４の器具のために使用可能な一連の圧電素子であるアクチュエータ素子の配設及び接続の一例を示す。
【図６】本発明に係るシステムの一実施形態を示す。
【図７ａ】システムが第１の動作パターンを実施する場合の、経時的な図６のシステムのツール区分の位置を伴うダイアグラムを示す。
【図７ｂ】システムが第２の動作パターンを実施する場合の、経時的な図６のシステムのツール区分の位置を伴うダイアグラムを示す。
【図７ｃ】システムが第３の動作パターンを実施する場合の、経時的な図６のシステムのツール区分の位置を伴うダイアグラムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００８８】
図１は、すでに前述した通りの先行技術の器具を示す。
好ましい実施形態に係る器具の実施形態は、例えばＩＣＳＩを実施する上で必要とされるような、生体細胞の膜又は外皮に穿孔するように適応された器具である「細胞穿孔機」に関する。「穿孔機」という用語は、必ずしも穿孔機に関連し得るツールの回転動作を暗示していないが、回転動作を暗示してもよい。
【００８９】
図２は、本発明に係る方法のいずれかの好ましい構成にしたがって作動させられる、好ましい実施形態に係るシステムのいずれかの実施形態を含むいくつかの機能的構成要素を伴う配設のブロック図を示す。細胞穿孔機６は好ましくはシステム全体（６；７；８；９；１０；１１）のために使用される。細胞穿孔機は、懸吊され、例えばＥｐｐｅｎｄｏｒｆ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍａｎ ＮＫ２（登録商標）などのマイクロマニピュレータ７などの補給動作装置７により保持されている。マニピュレータ７は、例えばＮｉｋｏｎ Ｅｃｌｉｐｓｅ Ｔｉ（登録商標）などの倒立顕微鏡８に取付けられている。
【００９０】
細胞穿孔機６は外部制御装置９を介して制御される。この外部制御装置９はコントロールパネルとそれに接続された２つのフットスイッチを含む。あるいは、少なくとも２つのスイッチについてはハンドスイッチを使用してもよい。第１のフットスイッチ（チャネル１）を作動させると、パルスシーケンスの開始がトリガーされ、細胞穿孔機６のツールは卵母細胞の透明帯（帯）を貫通するのに適したパラメータにしたがって線形的に前後に移動させられる。第２のフットスイッチ（チャネル２）は、卵母細胞の卵細胞膜を貫通するのに適切なパルスシーケンスをトリがーする。両方のチャネルのためのパラメータセットは、それぞれ３つの単一パラメータ、すなわちインパルスの時間シーケンスを定義するツールのインパルスの振幅（ａ）、１シーケンス中のインパルスの数（ｎ）及び周波数（ｆ）又は遅延時間にしたがって決定される。
【００９１】
透明帯又は卵細胞膜を貫通するためには、以下のパラメータセットが有用である。
透明帯：
ａ＝好ましくは０．２０〜０．９５μｍ、好ましくは０．２０〜０．６７μｍ、
ｎ＝好ましくは１〜７０、好ましくは１〜１０、
ｆ＝好ましくは１〜４０Ｈｚ、好ましくは１〜１０Ｈｚ。
卵細胞膜：
ａ＝好ましくは０．１２〜０．５μｍ、
ｎ＝好ましくは１〜２０、好ましくは１〜５、
ｆ＝好ましくは１〜４０Ｈｚ、好ましくは１〜１０Ｈｚ。
【００９２】
パラメータの最適な選択は、貫通すべき細胞のタイプによって左右される。それはさらに、ツールとして用いられるキャピラリー、及びＦｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（登録商標）ＦＣ−７７又は水銀であり得るその潜在的充填材料によって左右される。したがって、最適なパラメータは、本明細書中で記述されているパラメータの範囲と異なるものであり得る。好ましくは、器具すなわち細胞穿孔機６はその他のパラメータを許容するように適応されている。例えば、特異的膜の貫通に成功するようインパルスシーケンスを数回開始させることが可能であり得る。
【００９３】
細胞穿孔機機能に加えて、本明細書で記述されている細胞穿孔機６の実施形態は同様に第２の機能も提供しており、細胞膜又は組織を剥離するためのマイクロディセクターとして使用可能である。剥離モードがコントロールパネルを介して開始させられる場合、パラメータｎは好ましくは選択不可能である。その代り、剥離ツールは好ましくは、スイッチが解除されるまでフットスイッチを操作することにより制御される。ｆ＝０〜１０００Ｈｚで標準周波数剥離を実施すること又はｆ＝２０〜４０ＫＨｚで高周波数剥離を実施することが可能である。
【００９４】
その上、好ましい実施形態に係る器具、詳細には細胞穿孔機６及び／又は制御装置、詳細には制御装置９は、例えば細胞材料などの接着している材料をツールから除去することを目的とする清浄機能を提供するように適応される。清浄機能は好ましくは、コントロールパネルによってか又はフットペダルを「ダブルクリック」することによって開始可能である。清浄方法は、好ましくは２〜１００００Ｈｚ、１０〜２０００Ｈｚ、１００〜２０００Ｈｚ、８００〜１２００Ｈｚ、９５０〜１０５０Ｈｚ又はそれとは異なる周波数である清浄周波数で細胞材料を振り落すのに適したインパルスシーケンスを提供する。
【００９５】
細胞内への材料の注入（例えばＩＣＳＩ）のために細胞穿孔機６が使用される場合には、器具は、制御装置９及びマイクロマニピュレータ７に対するインタフェースの他に、例えばＥｐｐｅｎｄｏｒｆ ＣｅｌｌＴｒａｍ Ｏｉｌ（登録商標）などのマイクロインジェクタ１１に対するインタフェースをも必要とする。マイクロインジェクタ１１は、例えば１００〜１０００μｍ3又はそれとは異なる最小体積の液体、詳細には細胞穿孔機６によって移動させられる約３８０μｍ3の単一のヒト精子が占有する体積をキャピラリーに対して秤量する。キャピラリーの代りにツールとしてマイクロ電極が使用される場合には、このマイクロ電極は適切な制御装置（１１）を備えなくてはならない。組織試料１０の顕微剥離のために細胞穿孔機６が使用される場合には、マイクロインジェクタ１１又はマイクロ電極用コントローラを削除又は接続解除することができる。
【００９６】
図３は、細胞穿孔機６である好ましい実施形態に係る器具の一実施形態の長さに沿った垂直断面を示す。この実施形態は、マイクロインジェクタ１１と組合せるための細胞穿孔機（ツール動作を生成するための器具）を含んでいる。マイクロキャピラリ１０１（ツール）は、グリップヘッドとして適応された取付け用ヘッド１０２により保持されている。考えられる代替的ツールは、被動部材１０３の動作区分５ｂに取付けられるマイクロディセクターとして使用するための切断ツール又はマイクロ電極である。マイクロキャピラリ１０１の流路は、封止手段の助けを借りて、キャピラリチューブ１０３として適応されている被動部材１０３の流路にしっかりと接続されている。このキャピラリチューブは接合部１０５を介してマイクロインジェクタ１１に接続されている。細胞穿孔機６を保持するため被動部材すなわちチューブ１０３の後方部分に接続手段１０６例えばクランプ装置が具備される。細胞穿孔機の制御は、駆動区分１０８を制御装置９に接続している電力線１０７を介して行なわれる。作動中、マイクロインジェクタ１１への補給パイプ１０５、キャピラリチューブ１０３ならびにマイクロキャピラリ１０１の一部分にはシリコン油が充填されている。マイクロキャピラリ１０１の前方部分には通常Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（登録商標）ＦＣ−７７又は水銀が充填されている。マイクロインジェクタ１１で液体を上下で圧送することによって、パイプ系内の液柱全体を移動させることができ、こうしてマイクロキャピラリ１０１による液体体積（及び／又は細胞材料）の取込み又は放出を制御することができる。
【００９７】
図４は、図３中の細胞穿孔機６の垂直断面の駆動区分１０８の詳細図を示す。細胞穿孔機の組立て、詳細には駆動区分１０８の組立てが説明されている。駆動区分１０８は、キャリヤであるチューブ１０３上に載っている。第一に、ネジ山付きスリーブ１０９が、接続手段としても作用する凹部１１０で停止するまでチューブ上を滑動させられ、アクチュエータ素子からの力が第１の位置でチューブに伝達される。次に、絶縁用／中央スリーブ１１１が設置される。チューブ１０３の前方に同心溝が設けられており、これは接続手段として役立ち、第２の位置を画定しており、この位置でアクチュエータ素子からの力がチューブ１０３に伝達されて、圧電素子による起動の時点でチューブを前記第１の位置と前記第２の位置の間で膨張させる。前記溝の中に２つの円錐形環要素１１２が設置され、これが細胞穿孔機の前方部分に向かって増大する外径を提供している。すなわちその外部表面は一定の角度で勾配を有する。円錐形環要素１１２上へと円錐形のディスク１１３が滑動させられ、このディスクはその内側に同じ角度の勾配を有するが、方向は反対であり、こうして部品１１２及び１１３が形態拘束式に互いに接するようになっている。ディスク１１３に対して圧電環要素１１４が当接しており、これらの圧電環要素はスリーブ１１１によりチューブ１０３に対して電気的に絶縁され心出しされている。ネジ山付きスリーブ１０９上に、圧電素子１１４が充分にバイアス圧縮状態になるまで、カウンタサポート１１５がネジ込まれている。前記圧縮は好ましくは、圧電素子１１４が器具の作動中つねに圧縮下に、好ましくは少なくとも前記バイアス圧縮下にとどまるような形で選択される。こうして、扶持による圧電素子１１４の安全な取付けが確保され、こうして意図されないシフトは回避される。したがって、圧電素子１１４の接着ボンディング又はその他の接続は不要である。さらに、セラミックの破損を導く可能性のある圧電素子の引張応力を回避することができる。カウンタサポート１１５は電力線１０７及びアンチキンク１１６を保持する。
【００９８】
細胞穿孔機の駆動機構はハウジング１１７とカバー１１８にとり囲まれている。シールリング１１９、１２０及び１２１を介して、結果として得られた内部空間は、環境に対し気密で蒸気が漏れないように封止される。したがって、圧電素子１１４は粉塵及び湿気に対して保護されている。
【００９９】
以下では、細胞穿孔機６の作動原理が、図３〜５を参照して説明されている。電力線１０７を介して圧電素子１１４に適切な電圧が適用された場合、圧電素子はｘ方向に膨張する。しかしながら圧電素子は第１の位置と第２の位置の間、すなわちカウンタサポート１１５と円錐ディスク１１３の間に扶持される。これらの部品は、チューブの溝及び凹部１１０すなわちチューブ自体によってしっかりとチューブの膨張方向との関係においてそれぞれにネジ山付きスリーブ１０９及び環要素１１２によって保持されている。原理的には、チューブの膨張の代りに圧縮を利用することもできるが、目下の実施形態についてはあてはまらない。
【０１００】
チューブ１０３のための好ましい材料は鋼である。公知の通り、鋼でさえ弾性変形可能な材料であり、そのヤング率は比較的高いものである（シリコンゴムが０．０５ｋＮ／ｍｍ2であるのに比べて２００ｋＮ／ｍｍ2前後）。このことはすなわち、鋼が他の材料に比べて既定の体積内にはるかに多くのエネルギーを貯えることができるということを意味している。その一方で、鋼などのようなヤング率の高い材料が使用される場合、既定のエネルギーを貯えるのにはるかに小さい圧縮距離しか必要とされない。ここで求められている動作振幅のためには、鋼の膨張を本発明のアクチュエータ素子によって容易に、詳細にはチューブ１０３を破断させることなく又は鋼を可塑的にかつ不可逆的に変形させることなく行なうことができる。鋼はさらに、チューブ１０３に高い機械的安定性が得られるという利点も提供する。
【０１０１】
環状の圧電素子１１４がチューブ１０３と同軸に配設されることから、結果として得られる力のベクトルはチューブの断面の中心にあり、チューブの中心軸（ｘ軸）の方向を指す。したがってチューブ１０３の湾曲が誘発されることは全くなく、チューブの膨張とその後の弾性緩和のみがもたらされる。湾曲が回避されるため、マイクロキャピラリ１０１の先端部のｙ方向及びｚ方向でのたわみは妨げられ、こうして中ぐり直径及び断面幅は小さく保たれる。
【０１０２】
図５は、図３及び４の器具のために使用可能である一連の圧電素子であるアクチュエータ素子の配設及び接続の一例を示している。電圧下で膨張するように分極されている４つの円環状圧電素子１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ及び１１４ｄが使用される。素子の面には銀電極が具備されている。電圧は、延在する接触板１２２、１２３、１２４を伴う環状金属シムディスクを介して、電極に印加される。接点１２２及び１２３は正に分極され、同軸ケーブルの内部ラインに接続され、接点１２４は負に分極され、ケーブルの外部ラインに接続されている。圧電素子１１４の積層の後方端部は、金属性のカウンタサポート１１５との電気的接触を介して負に分極され、このカウンタサポート１１５は外部ラインと接触状態にある。積層の前方端部は同様に、円錐形環セグメント１１２と電気的接触状態にある金属製円錐ディスク１１３、キャピラリチューブ１０３、金属製のネジ山付き外皮１０９及びカウンタサポート１１５を介して負に分極されている。
【０１０３】
圧電素子１１４の膨張は、印加される電圧に正比例する。一般に、例えば２μｍなどの所望の動作振幅は、４個未満の圧電素子１１４を用いて達成可能である。ただし、このとき、印加すべき電圧の所要値は増大する。同じタイプ１１４の２個の圧電素子について、値は１０００Ｖであり、４個の要素については５００Ｖ、８個の圧電素子１１４については２５０Ｖである。５００Ｖ超又は５００Ｖよりはるかに高い電圧が作動電力として必要とされる場合には、所要の電子的構成要素のコストは著しく増大する。２５０Ｖでは、５００Ｖの電気機器と比べて倹約できるコストは、追加された圧電素子１１４の個数に起因して上昇するコストと比べれば無視できる程度ものである。したがって、細胞穿孔機６の好ましい作動電圧は３００Ｖ〜６００Ｖ、好ましくは５００Ｖである。ただし、記述されている通り、他の値も同様に好ましい。詳細には、論述された２μｍ未満、詳細には１μｍ以下の動作振幅でも細胞穿孔機６を充分に作動させることができるということが示されてきた。振幅については、上述の例を参照のこと。
【０１０４】
圧電素子１１４は、結晶偏向の主方向に対応する電界強度を有する水晶を含む。こうして、これらの圧電素子を膨張方向に接触させなくてはならない。こうして、平坦な表面、すなわち圧電素子１１４の面上に接点を提供できるという利点が得られる。そうでなければ、異なるタイプの圧電素子をその円周方向側面を介して接触させなくてはならず、これはよりコストが高くつくが、本発明に係る器具の一部の構成においてはその他の利点を提供する。
【０１０５】
図６は、本発明に係るシステム２００の一実施形態を概略的に示している。システム２００は、それに適応されている図６の器具（「細胞穿孔機」）などのツール動作を生成するための器具２０１を含む。この器具２０１は、ここではガラスキャピラリであるツール２０３が固定されているツール区分２０２を含み、好ましくはユーザーの選択によって単一の循環動作、一連の循環動作又は周期的循環動作であり得る２つの両矢印によって表わされたｘ軸に沿った循環動作を行うように構成されている。器具２０１は、取付け用ネジ２０５を用いて接続部材２０４に取外し可能な形で取付けられ、この接続部材２０４は、補給動作装置２０６の可動部品２０６ａに固定されており、この補給動作装置は可動部品２０６ａを、図６の左方向に軸方向に沿って補給動作駆動機構の圧電素子（図示せず）を用いて移動させることができ、圧電素子は頑丈なスタンド２０６ｂに部分的に固定され、このスタンドによって器具２０１と補給動作装置２０６は床上に保持されている。このようにして、補給動作装置２０６はツール区分２０２にリンクされている。
【０１０６】
器具２０１は、ケーブル２０７とコネクタ２０８を介して第１の制御装置２０９に接続されており、これらのケーブル及びコネクタは、器具２０１の少なくとも１つのアクチュエータ素子（図示せず）に所望される変位に応じて６００Ｖ前後である供給電圧を器具２０１に提供する。こうして、器具２０１の供給電圧の時間的進行を制御することにより、ツール２０３を伴うツール区分２０２の循環動作を制御することができる。補給動作装置２０６は、ケーブル２１０とコネクタ２１１を介して第２の制御装置２１２に接続されており、これらのケーブル及びコネクタは補給動作装置２０６の圧電素子（図示せず）の所望の変位に応じて、同じく６００Ｖ前後である供給電圧を補給動作装置２０６に提供する。こうして、補給動作装置２０６の供給電圧の時間的進行を制御することにより、ツール２０３を伴うツール区分２０２の補給動作を制御することができる。
【０１０７】
システム２００の組合せ動作は、器具２０１及び循環動作に割当てられた第１の制御装置２０９の適切な構成を提供することによって及び補給動作装置２０６及び補給動作に割当てられた第２の制御装置２１２の適切な構成をさらに提供することによって実現される。この目的のため、第１の制御装置２０９及び第２の制御装置２１２は、データ交換用のインタフェースである対話手段２１３、２１４をそれぞれ提供することにより互いに対話するようにそれぞれ構成されている。さらに、制御装置２０９、２１２は、それぞれの制御装置のデータメモリー区分（図示せず）内に記憶され得るか又はその他の形で制御装置に提供され得るプログラムコードを用いて制御可能である対話用の電気回路をそれぞれ含んでいる。両方の制御装置２０９及び２１２共、システム制御装置２１５の一部であり、このシステム制御装置は制御装置を制御し、したがってシステム２００により実現される組合せ動作及び動作パターンを制御する。
【０１０８】
システム２００は、例えば、第１の制御装置２０９により制御される循環動作により組合せ動作が開始され得るような形で構成されている。循環動作の間、第１の時点で、第１の制御装置は、ソフトウェアーハンドシェークを用いて、補給動作の開始時点であり得る第２の時点において補給動作装置２０６の補給動作をトリガーする。このことはすなわち、第２の制御装置が、対話ケーブル２１５’を介して交換されるデータフローを評価し、補給動作の開始をトリガーする制御信号を探すことを意味している。第３の時点、例えば補給動作が終了した時点で、第２の制御装置２１２は、既定の動作パターンが終了するまでソフトウェアーハンドシェークなどによって後続する循環動作をトリガーする。対話ケーブル２１５’はＲＳ２３２接続を使用するが、ここでは例えば光ケーブル、無線又はその他のケーブル接続などのその他の接続タイプが可能である。
【０１０９】
ユーザーが組合せ動作に影響を与えることができるようにするため、好ましくは少なくとも１つの組合せ動作を用いて動作パターンを調整できるようにユーザー入力手段及び／又は出力手段、例えばディスプレイ、スピーカー、ＬＥＤなどをシステム制御装置２１５に具備することができる。例えば、ユーザーは、第１又は第２の制御装置における又は例えばＰＣなどの外部制御装置とのデータ交換のため入力手段又はインタフェース（図示せず）を介して動作パターンをプログラミングしてもよい。その上、ユーザーが足でペダルを踏んで或る種のプロセス例えば組合せ動作を開始させるために、ペダルを提供してもよい。システムは好ましくは、例えばペダルなどの一部の入力手段の信号に割当てられたプロセスをユーザーが一時的に変更及び定義できるように構成されている。この実施形態では、第２の制御装置を伴う補給動作装置は、詳細には動作パターンのプログラミングを可能にするためのユーザー対話を可能にするように構成される。したがって、第２の制御装置を伴う補給動作装置はシステム２００の組合せ動作を生成するためのデータを提供する。第２の制御装置は、パルス動作の強度（振幅）、周波数及びパルス数についてのデータを第１の制御装置に送り、ここでは、ハンドシューキング方法がパルス及び補給動作の時間的調整を制御する。
【０１１０】
図７ａに示されているように、動作パターンは組合せ動作の反復的シーケンスを含むことができ、図７ａの動作パターンには４つの組合せ動作が含まれる。動作パターンの最後の組合せ動作の後にユーザーによって決定されるか又は動作パターンによって決定される１つの時点において、ツール区分は図の右側の下降する傾斜区分により表わされるその開始位置まで復帰する。組合せ動作には単一の循環動作（図中最初のスパイク）とそれに続く補給動作（図中最初の傾斜区分）が含まれ、循環動作及び補給動作は、実質的に休止や重複無しで継続的に行われる。図７ｂでは、動作パターンの合計３つの循環動作の最初の循環動作の開始により、連続的補給動作が開始され、循環動作及び補給動作は完全に重複している。図７ｃでは、後続する４つの循環動作を含む組合せ動作が示されており、最後の循環動作が連続的補給動作の開始をトリガーする。本発明に係るシステムによって、例えば或る種の生体細胞に貫入する場合など所望の技術的要件に対する組合せ動作及び動作パターンの最適化を可能にする他の数多くの動作パターンを実現することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に軟質の生体細胞材料に対する作業向けのツール動作を生成するためのシステム及び方法に関する。ツール動作を生成するためのシステムは好ましくは、ツール動作を行うための器具ならびに前記ツール動作を行うためのこの器具の構成を含み、前記構成には、ツール動作を制御するプログラムコードが含まれる。
【０００２】
本発明に係る「システム」は、「器具」のカテゴリの主題を意味する。したがって本発明の明細書中そして詳細にはクレーム１及び１５において使用されている「システム」という用語は、任意には、「組合された器具」という用語で正式に置換可能である。
【背景技術】
【０００３】
このような器具及び方法は、例えば特に細胞の除核及び核移植のための生物医学的利用分野における用途から公知である。ヒト又は動物の細胞の体外受精（ＩＶＦ）の分野では、卵細胞（卵母細胞）内に直接単一の精子を注入する体外受精手順であるいわゆる卵細胞質内精子注入法（ＩＣＳＩ）という方法が公知である。マウス又はラットの卵母細胞は１００〜１２０μｍの直径を有する。この細胞は比較的大きいために、関与する生物学的構成要素を機械的に処理することができる。ＩＣＳＩ方法は、精確な位置づけのためのマイクロマニピュレータ、圧力を付加するため又は例えばおよそ数マイクロリットルなどの小量を補給するためのマイクロインジュクター、そして小量の流路を誘導するためそして詳細には生細胞と接触させるためのマイクロキャピラリを含む顕微操作装置を用いて顕微鏡下で行われる。卵母細胞は、マイクロインジェクタによって適用される穏やかな吸引と共に保持用キャピラリーによって安定化される。反対側からは、典型的にはわずか数（例えば７）μｍの開口部直径を伴う薄い中空ガラス製マイクロキャピラリを用いて、マイクロキャピラリの先端部で単一の精子の尾部を切断することで精子を固定した後にこの精子が収集される。マイクロキャピラリは、卵細胞膜を通して卵母細胞の内側部分（細胞質）まで孔を開ける。次に、精子は卵母細胞内に放出される。ＩＣＳＩ中、卵母細胞にはマイクロキャピラリが貫入していなくてはならない。ここで、卵母細胞の外側保護外皮である透明帯は強度の高いものであることが判明しており、貫通のためには特殊な器具が必要とされる。発生中の胚の孵化を容易にするため外側から透明帯に的確なタイミングで孔を開けるアシストハッチングという生物医学的方法のためにも同様のものが必要とされる。
【０００４】
このような器具及び方法は、例えば組織などの軟質細胞材料の剥離からもさらに公知である。このような公知の器具、マイクロディセクターが図面の図１に示されている。このマイクロディセクター１は、細胞組織の剥離、例えば組織学的標本から生物学的構成要素及び構造を摘出するために役立つ。マイクロディセクター１の作業原理に起因して、基部は全体としてＵ字形構成を有する。「Ｕ字形」の上部開口内に、圧電アクチュエータ２が取付けられ、これが右側部品との関係において「Ｕ字形」の左側部品を移動させる。「Ｕ字形」の左側部品は、旋回可能な支持アーム４を介して基部上に移動可能な形で取付けられていることから、基部３の動作区分５ｈに取付けられているツール５は、ｘ軸の方向に沿って移動可能である。しかしながら、顕著なＵ字形状、詳細には支持アーム４の規定長が比較的大きいことから、動作は同様にｙ方向にも比較的大きい成分を示す。その上、「Ｕ字」形状の基部は、ｙ方向に長いそのてこの腕の作用に起因して、ｘ軸を中心とするねじれを特に受けやすい。圧電アクチュエータは通常、最適な直線の形で、例えばｘ方向だけで膨張及び収縮するわけではない。その代り、これらのアクチュエータはわずかに曲線を描く傾向をもち、この場合これがｙ及びｚ方向における追加の動作という形で現われる。このようなより多次元の動作は、時として有用なこともあるにせよ、必ずしも所望されるわけではない。
【０００５】
ツール動作を生成するための公知の器具は、例えばまず最初に第１の位置から第２の位置まで移動し、第２に前記第２の位置から前記第１の位置に向かって戻るように移動することによって、パルス動作であるツールの動作をもたらすことができる。このようなパルス動作は、変動する振幅及び変動するサイクル数で、周期的に反復可能である。しかしながら一部の利用分野について、特に振動動作は、例えば比較的軟質の生体膜を貫通することといった生体材料を効率良く機械的に処理することであり得る所望の結果を達成するのに充分ではない。比較的軟質の膜を貫通するための典型的な戦略には、第一にツールの先端部を用いて膜内に押圧するステップ及び第二にこの位置から開始して循環動作により膜を貫通するステップが含まれる。第１ステップにおける膜の押圧は、通常は、膜が充分に内向きに湾曲されるまで（顕微鏡を用いて）膜に対してツールを手動で前進させることによって達成される。このプロセスは、ユーザーの手動制御下で実施され、複雑であり、特に異なるユーザー又は不慣れなユーザーにより実施された場合にはつねに再現可能な結果を導くわけではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、広範な使用分野のためにツール動作を快適に行うことのできる、特に軟質の生体細胞材料上での作業向けのツール動作を生成するための改良型のシステム及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、クレーム１に係る器具とクレーム１５に係る方法を提供することにより前記目的を達成している。本発明の好ましい実施形態は、サブクレームの主題となっている。
【０００８】
本発明に関わるシステムは、ツールを配設できるツール区分とツール区分を移動させるように配設された少なくとも１つのアクチュエータ素子とを提供する器具を含み、このシステムは、少なくとも１つのアクチュエータ素子を用いて、ツール区分の第１の位置から開始して、ツール区分を第２の位置まで移動させ、かつツール区分を第２の位置から第１の位置に向かって戻るように移動させるツール区分のパルス動作を器具に行わせるように構成された制御手段を提供するシステム制御装置を含み、このシステムはさらに、それぞれツール区分にリンクされるか又は器具にリンクされ、ツール区分の補給動作を提供することのできる補給動作装置を含み、システム制御装置は、ツール区分の補給動作を補給動作装置に行わせるように構成されている制御手段を提供しており、かつシステム制御装置は、補給動作とパルス動作を含む組合せ動作をツール区分に行わせるように構成されている制御手段を提供しており、パルス動作中の第１の時点と補給動作中の第２の時点の間の時間的推移は既定であり、システム制御装置により提供されている。
【０００９】
本発明に係るシステムは、パルス動作と補給動作の同期動作と呼ぶことのできるツール区分の組合せ動作を提供する。しかしながら、パルス動作及び補給動作は、必ずしも同時に行われるわけではなく、前記時間的推移により時間的に相関されている。前記時間的推移に基づいて考えられる動作パターンについては後述する。一般に、組合せ動作によって、特に例えば生細胞などの生体材料を機械的に処理するのに有用であるより汎用性の高い動作パターンを提供することが可能になる。その上、このシステムは、実質的に手動で行われる動作によっては達成できない比較的精密な組合せ動作の実施を可能にする。
【００１０】
このシステムの器具は、ツール区分のパルス動作を行うことができる。特に生体細胞材料に対する作業向けにツールの動作を生成するための本発明に係るシステムの器具の好ましい実施形態は、少なくとも１つのアクチュエータ素子、弾性変形可能である被動部材、ツールを配設でき被動部材にリンクされている動作区分を含み、この少なくとも１つのアクチュエータ素子は、このアクチュエータ素子による起動が被動部材の長さ変化に対応する距離だけ被動部材を弾性変形させるような形で、被動部材にリンクされており、前記長さ変化が動作区分の前記動作をひき起こしている。
【００１１】
ツール動作を生成するための器具の変形形態も同様に可能であり、本発明に係るシステムのために提供されることが好適である。このことはすなわち、システムが好ましい実施形態に係る器具に限定されないことを意味している。器具にはアクチュエータ素子及びツール区分が具備されることが一般的に求められ、器具は、ツール区分（「動作区分」とも呼ばれる）の第１の位置から開始して、第２の位置まで移動させられ、ツール区分を第２の位置から第３の位置に向かって移動させるツール区分のパルス動作を行うのに適切であるか、あるいはそのように構成されている。このような器具は、公知の器具であり得、これがこのとき本発明に係るシステム内に実装され好ましくは適応される。別段の記述のないかぎりあるいは適用不能でないかぎり、以下では、「器具」という用語は、前記一般的定義を満たすあらゆる器具を意味し、器具の好ましい実施形態のみを意味するものではない。
【００１２】
少なくとも１つのアクチュエータ素子を用いて、ツール区分の第１の位置から開始して、第２の位置までツール区分を移動させ、好ましくは第２の位置で好ましくは実質的に１８０°又は異なる角度だけ動作の方向を変更させるか、あるいは第２の位置で停止させ、次に第２の位置から第３の位置に向かってツール区分を移動させるツール区分のパルス動作は、異なる方法で実現可能である。パルス動作の目的は、例えば比較的振幅の小さい動作により細胞膜を局所的に弱化させることであり得、これによりその後、弱化された細胞膜を通してツールを差し込むことが可能となるかもしれない。第３の位置は好ましくは、実質的に第１の位置と同じである。パルス動作は好ましくは、ツール区分の第１の位置から開始して、ツール区分を第２の位置まで移動させ、第２の位置から第１の位置に向かって戻るようにツール区分を移動させる循環動作である。パルス動作の範囲は、例えば、ツール区分が実質的に理想的な循環又は前後動作で移動することを規定しているが、一方では、ツール区分が正確に開始点に復帰しないか又は器具をオフに切替えた後に始めて開始点に復帰するようにすることも同様に可能である。パルス動作は実質的に線形動作であり、これは、例えばｘ軸に対し平行に前後移動させることにより行われる。パルス動作は同様に、楕円、円形、らせん様の軌道を追従することにより、１つ又は２つの非線形成分を示すこともできる。パルス動作は、反復的循環動作の一周期内で、又は多数の周期の後に、開始点にツール区分を復帰させることができる。パルス動作がツール区分を開始点に向かって少なくとも部分的に戻すようになっているかぎり、循環動作が各変位の後にツール区分を開始点まで正確に復帰させないことも許容される。さらに別の好ましい実施形態において、器具の「パルス動作」は短期間の間ツール区分を停止させるだけであり、その後、ツール動作を再び非復帰方向に変位させ、さらに後になって、例えば器具の動力供給時点で、ツール区分を出発位置まで復帰させる。パルス動作は同様に、ランダム様の動作を追従することもでき、その場合、このようなパルス動作のそれぞれの精度が特定の利用分野にとって充分であるか又は有用であるとみなされているのであれば反復的パルス動作の開始点は明確に定義されない。
【００１３】
好ましい実施形態に係る器具は好ましくは、生物学的、医学的、生物医学的又は化学的（例えば生化学的）利用分野などでの用途、好ましくは軟質の物質に対し作業を行なうために適応されており、好ましくは軟質でない物質に対する作業向けには適応されていない。軟質物質とは、例えばそれぞれ好ましくは１０ＧＰａ、５ＧＰａ、１ＧＰａ、０．１ＧＰａ、０．０１ＧＰａ又は０．００１ＧＰａ未満のヤング率を有する組織などの生体物質のような物質であると理解される。しかしながら、非軟質物質に関する、詳細には１０ＧＰａ超のヤング率を有する物質についての好ましい実施形態に係る器具の応用も同様に可能である。好ましい実施形態に係る器具は、好ましくはＩＶＦ、ＩＣＳＩ、アシストハッチング、除核、核移植、マイクロサージャリー、パッチクランプ及びその他の生物学的及び医学的分野のために使用され、使用されるように適応され、特にヒト、動物例えばマウス、ラット又はウシ亜科の動物由来の細胞特に卵母細胞について作業するために使用するように適応されているか、又は、それぞれこのような数多くの利用分野のために使用されるように適応されている。器具はさらに好ましくは、細胞材料の剥離、例えばパラフィン切片からの単一の細胞の剥離、組織学的切片からの部域の剥離及び／又は３Ｄ細胞培養からの幹細胞集合体の分離を行うために適応されている。しかしながら、この器具及び／又は方法は、特にナノメートル乃至マイクロメートルの範囲内又はその他の範囲内の振幅を伴う動作を必要とする他の利用分野、詳細には非生物医学的利用分野にも、そして一般的には好ましい実施形態に係る器具の利点及び特徴からの利益を受け得る利用分野にも、使用可能である。
【００１４】
好ましい実施形態に係る器具の動作区分の動作は、被動部材により実現され、被動部材は少なくとも１つのアクチュエータ素子によって起動され、それ自体被動部材にリンクされた動作区分を起動している。好ましくは、少なくとも１つのアクチュエータ素子による１回の起動作用は、被動部材にもたらされた１回の長さ変更に実質的に等しい距離だけ被動部材を弾性変形させる。好ましくは、少なくとも１つのアクチュエータ素子の起動作用は、被動部材の正味長さ変化を導く。好ましくは、被動部材の第２の長さ変化は、１つの起動作用を実施する少なくとも１つのアクチュエータ素子の最初の長さ変化により実質的にひき起こされる。前記第１の長さ変化及び前記第２の長さ変化は好ましくは実質的に同時に発生する。好ましくは、被動部材の動作と少なくとも１つのアクチュエータ素子の動作の間の位相シフトは実質的に全く存在しない。好ましくは、第２の長さ変化（ｖ−ａｍ）の値と第１の長さ変化（ｖ−ａｅ）の値は同じである。この構成は、アクチュエータ素子の作用と被動部材の（再）作用の間に好ましくは直接的な対話が達成され、そのため動作区分の動作をより精密に制御することができるようになり、かつ未定義の回数の振動を伴う振動動作を行うのではなく例えば１、２、３、４、５回以上の明確な変位などの制御された変位回数を伴う動作区分の変位の実現が可能となるという利点を提供する。好ましくは、ｖ_ａｍ／ｖ_ａｅという比率は、それぞれ、ｖ＿ａｍ／ｖ＿ａｅ＝１、｜ｖ＿ａｍ／ｖ＿ａｅ−１｜＜０．５又は０．２又は０．１又は０．０１という条件のうちの１つを満たす。好ましくは、前記正味長さ変化は、値ｖ_ａｍを有する。
【００１５】
器具は好ましくは、動作区分を通って又は動作区分に取付けられている細長いツールの長さを通って走る（被動部材により起動された）動作区分の少なくとも部分的に線形的な動作の方向に対して平行である直線が、アクチュエータ素子を通らない又はアクチュエータ素子の一部分を通らないような形で構成されている。このような構成では、動作区分又は動作区分に取付けられたツールに対して外部から作用する衝撃が、アクチュエータ素子に対し力作用直線に沿って直接作用することはない。むしろ、前記衝撃及びその他の機械的荷重は、少なくとも部分的に又は（ほぼ）完全に、被動部材により吸収される。
【００１６】
最も好ましくは、器具は、詳細には器具の外側から動作区分に又は動作区分に取付けられたツールに対して加えられる力が実質的に被動部材に伝達され、さらに被動部材から好ましくはこの被動部材に具備されている接続区分に向かって実質的に伝達され、好ましくは器具を保持するように適応され外部から加えられた力を（ほぼ）完全に又は少なくとも部分的に吸収しているホルダー装置に対して前記接続区分を介して好ましくはさらに伝達可能となるような形で構成されている。したがって、動作区分、被動部材及び接続区分そして潜在的なホルダー装置も、好ましくは直列で接続され、直接的力伝達連鎖を形成している。
【００１７】
さらに、少なくとも１つのアクチュエータ素子は好ましくは、動作区分又は動作区分に取付けられているツールに対して詳細には外部から加えられる力が、例えば好ましくは０．００１、０．０１、０．１又は０．５などの最小限の割合しかアクチュエータ素子に作用しないような形で、被動部材に取付けられる。むしろ、前記力は、好ましくは被動部材にある接続区分に向かって、生として被動部材により伝達されさらに分配され、好ましくは、前記接続区分において器具を保持するために具備され得るホルダー装置までさらに分配可能である。
【００１８】
好ましくは、動作区分に対して作用する力は、それぞれ好ましくは０．５、０．２５、０．２、０．１、０．５、０．０１、０．００５、０．００１より小さいものであるｆｏｒｃｅ_ｏｎ_ａｅ／ｆｏｒｃｅ_ｏｎ_ａｍの比率でアクチュエータ素子（ａｅ）と被動部材（ａｍ）の間で分配される。これは、詳細には、動作区分上に作用する衝撃力に対抗する抵抗性が主として被動部材の抵抗性に基づくものであり、アクチュエータ素子の抵抗性にはさほど基づいていない場合に達成可能である。これを実施するためには、被動部材及び少なくとも１つのアクチュエータ素子の配設が好適であり、これによって、被動部材上では比較的大きい割合でそして１つ又は複数のアクチュエータ素子上では比較的小さい割合での前記力の分配が促進され、これは特に、好ましい実施形態に係る器具の複数の実施形態により実現されている。
【００１９】
さらに、被動部材は、変形エネルギーの付加の下で（例えば衝撃力があった場合に）変形するその能力が例えばアクチュエータ素子の対応する能力に比べて比較的低くアクチュエータ素子にとっては比較的高い場合、より大量の抵抗を提供することになる。こうして、被動部材の材料のヤング率（Ｙ_ａｍ）は好ましくは比較的高いものであり、１つ又は複数のアクチュエータ素子のヤング率（Ｙ_ａｅ）は好ましくは比較的低いものである。好ましくはＹ_ａｅは、Ｙ_ａｍに比べ少なくとも０．９、０．８５、０．７５、０．５、０．２５、０．１又は０．０５倍という低いものである。例えば、０．８５＜Ｙ_ａｅ／Ｙ_ａｍ＜０．９０、０．５＜Ｙ_ａｅ／Ｙ_ａｍ＜０．８０又は０．１＜Ｙ_ａｅ／Ｙ_ａｍ＜０．５であることが好ましい。
【００２０】
これらの構成は、器具が他の器具よりもさらに堅牢であるという利点を提供し、動作区分は、ガラス基材に対するツールの意図せぬ衝撃、アクチュエータ上の前記構成要素ラインを介して非減衰状態で作用する長期応力又はその他の機械的応力の下で損傷を受けるかもしれない例えば圧電素子などのアクチュエータに対し直線力伝達連鎖の形で直接接続されている。好ましい実施形態に係る器具は、衝撃を緩衝し、より高い構造的安定性と堅牢性を提供し、本発明に係る方法の信頼性をより高いものにする被動部材を利用する。このような構成において、被動部材は、好ましい実施形態に係る器具の「骨格」であることがわかり、これは、好ましくは被動部材（「骨格」）に平行に取付けられて「筋肉」を形成する１つ又は複数のアクチュエータ素子によって移動させられる。
【００２１】
さらに、好ましい実施形態に係る器具に従った被動部材に対する１つ又は複数のアクチュエータ素子のリンケージによって、より小型軽量な構成要素の使用が可能になり、システムの合計質量を小さくし、これにより、さらに高速の起動変更及び振動動作の場合にはさらに高い振動数が可能になる。その上、１つ又は複数のアクチュエータ素子を動作区分により近接して配設して、考えられるツール（キャピラリなど）への力の伝達をより効果的にすることができる。詳細には、好ましくは公知のＵ字形配設を回避することで、器具のより優れたねじり剛性が得られる。このことは、圧電アクチュエータを使用する好適なケースにとっては、きわめて重要である。圧電アクチュエータは通常、例えばｘ方向だけといった最適な直線の形で膨張や収縮をするわけではない。その代り、これらのアクチュエータはさらにわずかに曲線を描く傾向をもち、被動部材により予防されていない場合、これは、動作区分のｘ−及び／又はｙ方向の意図せぬ動作の形で現われる。特に「Ｕ字」形状は、ｙ方向のそのてこの腕が長いために、ｘ軸を中心とするねじれを発生させやすい。
【００２２】
本発明に係るシステム及び好ましい実施形態に係る器具に関連して第２の要素に対する第１の要素のリンケージとは、好ましくは、第１の要素の動作が第２の要素の動作を結果としてもたらす場合、両方の部品の運動学的結合を意味する。リンケージ及び「リンクされる」という用語は、両部品が全ての次元で又は少なくとも１つ又は２つの次元で、例えば両部品を一体として形成すること又は力拘束、形態拘束又は接着ボンドタイプのうちの少なくとも１つによる接続によって、恒久的又は非恒久的に固定されることを意味し得る。第１の部品と第２の部品のリンケージにはさらに、第１の部品が第３の部品又はさらなる部品を介して第２の部品にリンクされている場合が含まれ、その場合、例えば第１の部品は第３の部品にリンクされ、第３の部品は第２の部品にリンクされている。例えば第１の部品はアクチュエータ素子であり得、第２の部品は被動部材であり得、第３の部品は１つ以上の接続手段であり得る。好ましい実施形態に係る器具のためには、構成要素のリンケージが、構成要素間のあそびを回避するようなものであることが好適である。詳細には、器具用として浮動ベアリングの使用は必須ではない。こうして、器具の設計コストは低くなり、生成される動作の精度及び器具の能力が改善される。
【００２３】
動作区分は好ましくは、器具の別の部品、例えば被動部材と一体的に構築されている。被動部材は好ましくは中央軸に沿って延在し、動作区分は好ましくは、前記軸が前記動作区分を通って延在するような形で被動部材に配設される。詳細には、動作区分は、好ましくはツールを取付けるために適応された器具の区分である。
【００２４】
動作区分は好ましくは、さらなる要素、詳細にはツール、例えばマイクロディセクターの針又はキャピラリーを恒久的に又は取外し可能な形で担持する又は接続又は保持するために適応されており、前記ツールは好ましくは金属、ガラス又はプラスチックで製造されている。
【００２５】
好ましくは、ツールを取外し可能な形で取付けるための取付け用ヘッドが動作区分に対ししっかりと接続されているか又は接続可能であり、こうして、器具詳細には被動部材によって供給される動作は好ましくは完全に、ただし好ましくは少なくとも部分的にツールに伝達されてツールを移動させるようになっている。取付け用ヘッドは、要素例えばツールを取付け用ヘッドに接続するための接続手段を含んでいてよい。この接続手段はネジ山、ラッチ手段、磁石及び／又は類似のものなどを含んでいてよい。取付け用ヘッドは、例えば被動部材又はキャリヤなどの器具の別の部品と一体的に形成され得る。好ましくは、第２の接続手段により第１の取付け用ヘッドと取外し可能な形で接続されるように第２の取付け用ヘッドが具備され、こうして、特定のタイプ例えばキャピラリー又は針の外径に応じたタイプの要素例えばツールを保持するようにそれぞれ適応された異なる第２の取付け用ヘッドの使用が可能となっている。
【００２６】
取付け用ヘッドは、流体が取付け用ヘッド内を流れてよい形で、少なくとも１本の流路を形成するように適応され得る。このことは、例えばキャピラリーがツールとして使用される場合に圧力又は低圧を加え、前記圧力変化及び制御された圧力を用いて例えば細胞などの標的材料に作用するために有用であり得る。流路の使用は、マイクロインジェクタと組合せて器具を使用するため、又は流路内の導電性電解質を介して電気接触が行なわれるパッチクランプ利用分野のため、あるいは流路が有用であるその他の利用分野のために好適である。さらに流体が取付け用ヘッド内を流れてよい形で流路を形成するように、任意の第２の取付け用ヘッドを適応させることができる。所要の場合には、前記流路の内部を外部に対し封止するため、詳細には２つの流路部品が接続される接合部位において流路を封止するために、封止手段例えばプラスチック製Ｏリングが具備される。
【００２７】
被動部材は好ましくは、アクチュエータ素子により起動され得る器具の部品であり、かつ動作区分を移動させるアクチュエータとして役立つ器具の部品である。
【００２８】
被動部材は好ましくは、好ましくは器具の他の構成要素を担持する基本部品又はその一部分である。例えば、この基部部品は、少なくとも１つのアクチュエータ素子及び／又は１つ又は複数アクチュエータ素子を被動部材に対しその第１及び第２の位置でリンクする任意のリンク手段のキャリヤであり得る。好ましくは、被動部材は、一体的に形成された部品である。しかしながら、好ましくは３つの次元全てにおいて互いに固定されて互いにリンクされている少なくとも２つ以上の部品が被動部材に含まれていることも可能でありかつ好適である。
【００２９】
被動部材は好ましくは流体が被動部材内を流れてよいように少なくとも１本の流路を提供している。ここでもまた、このことは例えばツールとしてキャピラリーが使用される場合に圧力又は低圧を加え、前記圧力変化及び制御された圧力を用いて例えば細胞などの標的材料に作用するために有用であり得る。所要の場合には、前記流路の内部を外部に対し封止するため、詳細には接合部位で流路を封止するために、封止手段例えばプラスチック製Ｏリングが具備される。流路は、気体、液体が充填されるように適応され得、詳細には細胞原形質、培地、水、溶液又は水銀、Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（登録商標）又はシリコンオイルが充填されるように適応され得る。ただし、流路及び充填済み流路を提供することは好ましい実施形態に係る器具にとって必須ではなく任意である。
【００３０】
被動部材は、好ましくは（仮想）軸に沿って延在しかつ好ましくは少なくとも部分的に前記軸との関係において対称に構築されている棒状部品又は管状部品であってよい。好ましくは、被動部材は細長い装置であり、その場合長さはそれぞれ高さ又は奥行より大きく、仮想軸は被動部材内をその長さに対し平行に走っており、さらにアクチュエータ素子は、第２の仮想軸に沿って作用するように配設され、こうして主として前記第２の軸に平行に１つ又は複数アクチュエータ素子の線形動作を生成し、被動部材及び少なくとも１つのアクチュエータ素子は好ましくは、第１の軸と第２の軸が平行又は同軸となるように配設されている。さらに好ましくは、前記第２の軸に平行な前記１つ又は複数アクチュエータ素子の動作の結果としてもたらされる正味の力ベクトルは、被動部材の面積中心又は断面の図心と一致し、前記断面は前記第１の軸に対し好ましくは垂直に取られ、これは好ましくは、被動部材の考えられる全ての断面又は少なくとも大部分にあてはまる。こうして、被動部材が単に細長くなっているだけで実質的に湾曲しておらず、そのためツールの切断又は掘削幅が小さくなるという利点が提供される。好ましくは、被動部材は、流路を形成する中空円筒形状の部品又はチューブであるか又はこれを含む。チューブ又は流路は、圧力によってか又は標的材料（例えば細胞）に対して注入材料例えば精液体積を注入することによって試料例えば細胞の標的軟質材料を機械的に処理するため、又は試料から標準軟質材料の体積を除去するため、例えばキャピラリーなどの適切なツールに圧力又は減圧を適用できるという利点を提供する。前記チューブ又は流路には好ましくは気体例えば空気、液体例えばＦｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（登録商標）又は水銀である流体が充填されていることが好ましい。
【００３１】
被動部材は、例えば少なくとも１つのアクチュエータ素子などのその他の部品を被動部材に接続又はリンクするため好ましくは被動部材と一体的に構築されている第３の接続手段を含む。このような第３の接続手段が好ましくは被動部材にリンクされる位置は、少なくとも１つのアクチュエータ部材が好ましくは被動部材にリンクされる前記第１及び／又は第２の位置である。
【００３２】
前記第３の接続手段は、好ましくは被動部材がそれに沿って延在している軸を中心として被動部材において好ましくは円周方向に配設されている少なくとも１つの突起又は少なくとも１つの凹部を含んでいてよい。好ましくはこの第３の接続手段は被動部材の外部表面内に突起、凹部又は段を含み、これは好ましくはそれぞれに、相補的に形成された接続手段の係合のための係合部位を提供する。
【００３３】
被動部材は好ましくは第１の位置及び第２の位置を提供し、被動部材は好ましくは前記第１の位置と前記第２の位置の間の距離に沿って延在し、好ましくはこの距離に対して平行に延在し、かつ好ましくは前記第１の位置と前記第２の位置の間の１本の軸を画定する直線距離に対して平行に延在する。前記第１の位置と第２の位置の間で、被動部材は好ましくは、前記距離の増加又は減少が、好ましくはそれを湾曲させることなく又は好ましくはそれを追加で湾曲させることによって、好ましくは前記距離に沿って被動部材の材料を膨張又は収縮させるような形で、好ましくは形成されている。前記第１の位置と前記第２の位置の間の直線距離は、好ましくは被動部材が弾性変形されていない第１の状態においてならびに被動部材が弾性変形されている第２の状態において同様に、好ましくは５〜１００ｍｍ、好ましくは５〜２５０ｍｍ、好ましくは１０〜５０ｍｍ、好ましくは１０〜３０ｍｍである。好ましくは、前記距離は、前記距離の長さに沿って被動部材を膨張させるように被動部材の膨張のためだけに用いられる。好ましくは器具の骨格を形成する被動部材に前記弾性変形を直接適用させることで、例えばＵ字形基部を有する公知の器具と比べて器具の寸法決定をより小さいものに保つことができるという利点が得られる。さらに、器具内に内部膨張距離を提供することにより、作動が器具のサスペンションから一層独立したものとなり、器具をリニヤモーターなどを伴う他のマイクロマニピュレータに接続してよく、こうして器具の利用上の柔軟性をより高めることができるという利点が得られる。
【００３４】
被動部材は好ましくはその第１の状態では未変形であり、その第２の状態では変形されており、第３の状態では変形度がより低くなる。第３の状態では、被動部材は好ましくは第２の状態の場合に比べ、少なくとも１０∧２、１０∧３又は１０∧４又はそれ以外の倍数で変形度が低い。第３の状態では、少なくとも１つのアクチュエータ素子は好ましくは、被動部材により弾性機械応力下、好ましくは圧縮下に保たれる。圧縮、好ましくはバイアス圧縮は、器具の作動のいかなる時点においてもアクチュエータ素子が引張応力を受けることがないような形で選択されるのが好ましい。前記圧縮は、例えば、アクチュエータ素子のアイドル状態でアクチュエータ素子を圧縮するカウンタサポートの締付けトルクが５００Ｎｍｍである場合、１０２５Ｎのバイアス力を結果としてもたらし得る。これは、好ましくは前記構成要素を担持する、好ましくは被動部材にアクチュエータ素子を固定するネジ山などを含む接続手段によって達成可能である。このようなバイアス応力のメリットは、アクチュエータ素子と被動部材の間のあそびをその全ての状態において回避できるという点にある。したがって、アクチュエータ素子の力は即座にかつ直接的に被動部材に伝達され得る。アクチュエータ素子が圧電素子を含む場合、バイアス圧縮は詳細には圧電素子の負荷能力の増加を導く。圧電素子の圧力下での作業能力は、張力下での作業能力よりもはるかに高く、時として１０〜２０倍高い。脆性破壊の危険以外に、不正電圧を伴う引張応力下にある場合に圧電素子を消極する危険性が存在する。恒久的（バイアス）圧縮下で圧電素子を駆動する場合、引張／圧縮の組合せ状態を伴うシステムに比べて機械的負荷能力を増大させることができ、より高い周波数の交流電力を印加することができる。バイアス力を提供することの主要な利点は、動作区分のより高速の前進後退動作を達成できるという点にある。動作区分は、張力負荷の場合に発生し得るアクチュエータ素子（例えば圧電素子）の消極の危険性無く高速の電圧変化によって復帰可能である。
【００３５】
被動部材は好ましくは弾性材料で製造されているか又は少なくとも部分的に弾性材料で製造されているか又は弾性材料で製造された区分を含む。さらに、被動部材は好ましくは弾性の異なる複数の区分を含む。前記弾性材料は、好ましくは０．２ｋＮ／ｍｍ2超、好ましくは１００ＫＮ／ｍｍ2超、好ましくは２００ｋＮ／ｍｍ2超そして好ましくは１８０〜２４０ｋＮ／ｍｍ2のヤング率を有する。好ましくは、前記弾性材料は鋼、セラミック又はガラスであるか又はこれを含む。好ましくは１８０ｋＮ／ｍｍ2超のヤング率を有する鋼又はその他の材料は、安定した構造、詳細には安定した被動区分を設計できるという利点を提供する。こうして詳細には、より堅牢でかつ耐久性の高い器具を構築しかつ動作を生成するためのより信頼性の高い方法を提供することが可能となる。一方で、このような材料は、その弾性に起因して、好ましくは例えばアクチュエータ素子としての従来の圧電素子又は、好ましい実施形態に係る器具のために利用可能であり、例えば燃料噴射器用に利用される自動車業界において応用されている強圧電素子などのその他の圧電素子を含むアクチュエータ素子を用いて、圧縮又は膨張されるのに適している。好ましくは、被動部材は導体として使用され、好ましくは器具の電気回路構成要素として使用される。
【００３６】
少なくとも１つのアクチュエータ素子の起動により誘発される任意の方向に関連する被動部材の長さ変化は、好ましくは、被動部材の変形した第２の状態及び未変形の第１の状態でそれぞれ測定された場合の前記第１の位置と前記第２の位置の間の直線距離の差に対応する。定義上、長さ変化は、前記方向に関連して膨張した被動部材については正の符号を有し、圧縮被動部材については負の符号を有する。被動部材の長さ変化は、好ましくは０．５〜２．０μｍ、０．５〜１．０μｍ、０．１〜０．５μｍ、０．０５〜０．５μｍ、０．０１〜０．５μｍ、０．０１〜１．８μｍ又はそれ以外を含む一群の長さ変化範囲から取られる。
【００３７】
前記振幅は好ましくは、少なくとも１つの圧電素子を伴うアクチュエータ素子を提供し、それぞれ好ましくは２００Ｖ〜４２５Ｖ、２００Ｖ〜６００Ｖ又は１００Ｖ〜３００Ｖの電圧領域内で前記アクチュエータ素子を駆動することによって実現される。前記アクチュエータ素子にそれぞれの電圧を加えると、（７００；１．１０３２）、（６００；０．９４５６）、（４２５；０．６６９８）、（２００；０．３１５２）、（３００；０．４７２８）、（１００；０．１５７６）という参考リスト例（電圧〔Ｖ〕、振幅〔μｍ〕）により例示的に記述される通り、この場合いかなるバイアス圧縮も適用されない一つの振幅を実現することができる。バイアス圧縮下では、振幅は、わずかに小さい、すなわち例えば５．０、１．０又は０．０１％未満だけ小さくなると予想することができる。
【００３８】
最大長さ変化は、被動区分の長さ又は詳細には前記直線距離、及び利用される少なくとも１つのアクチュエータ素子の強度に左右される。所与の力について、より高いヤング率を有する弾性材料はより低い長さ変化を提供することになる。
【００３９】
動作区分は好ましくは、画定された方向における被動要素の長さ変化が結果として、前記長さ変化に対応する（好ましくはこれに等しい）振幅だけ動作区分の動作をもたらすような形で被動区分にリンクされている。例えばウシの卵母細胞に対して行われるＩＣＳＩのため、詳細には数μｍ（例えば５〜８）の直径の開口部を有するガラスキャピラリを用いて透明帯を貫通するために、例えば５０〜２５０ｍｍの振幅を用いることができる。好ましくは１８０ｋＮ／ｍｍ2より大きいヤング率を有する鋼又はその他の材料が、生体細胞材料又はその他の構造に精確に作用できるようにするような適切な振幅を提供できる。
【００４０】
前記弾性材料は、好ましくはおよそ１μｍ又は１０μｍの巨視的規模で見た場合に均質であるか、又は、少なくとも均質な区分を有する。さらに前記弾性材料は同質でないか又は少なくとも不均質区分を含むことが好ましい。例えば、この材料は例えば典型的構造変数としてマイクロメートル領域の結晶粒径などの構造、あるいはマイクロメートル又はミリメートルより大きい構造値を伴う構造を有することができる。弾性材料は、任意の圧力の気体が充填された中空区分を有し得る中実材料で製造可能であり、前記中空区分は好ましくは細孔又は開口部などである。
【００４１】
例えばｘ方向に延在する被動部材のｘ方向に作用する力による任意の湾曲は、ｘ方向での動作区分の位置の変化をひき起こすことができる。しかしながら、好ましい実施形態に係る器具については、ｘ方向でのアクチュエータ部材による起動時の弾性変形に起因する被動部材の長さ変化の効果が好ましくは優勢であり、これにより動作区分はｘ方向にシフトさせられ、好ましくは湾曲が無視できる程度のものである、ということが好ましい。これは、詳細には、動作区分の所望の線形動作という好ましいケースについて好まれる。ただし、詳細には、２つ以上の方向、例えばｘ、ｙ及び／又はｚ方向でも少なくとも部分的に動作を生成するために、被動部材の湾曲がある量まで意図されてもよい。動作区分の線形動作が所望される場合には、アクチュエータ部材による起動の時点で被動部材の湾曲が前記方向で（実質的に）全く発生しないような形で、少なくとも１つのアクチュエータ素子を被動部材にリンクさせることが好ましい。動作区分の線形動作が意図される場合、前記湾曲が好ましくは無視できるほどのものであることが好ましい。無視できるというのは、例えばＩＣＳＩを実施するための器具の応用という所望の技術的目的を達成するために許容可能であることを意味する。好ましくは、線形動作は、好ましいｘ方向における最大振幅Ａ_ｘに対する、その近位の端部で動作区分まで延伸されたツールの動作区分又は遠位端部のｙ方向（及び／又はｚ方向）における最大振幅Ａ_ｙ（Ａ_ｚ）の比率Ｒを提供し、Ｒ＝Ａ_ｙ／Ａ_ｘ及び／又はＲ＝Ａ_ｚ／Ａ_ｘはそれぞれ、好ましくは０．５、０．２、０．１、０．０５、０．０１、０．００５、０．００１、０．０００５、０．０００１より小さく、より好ましくは０．００００５、０．００００１、０．０００００５、０．０００００１、０．００００００５、０．００００００１より小さい。
【００４２】
さらに、少なくとも１つのアクチュエータ素子は、アクチュエータ素子による起動の時点での被動部材の湾曲が動作の方向において限定された量で発生するような形で被動部材にリンクされており、好ましくは、前記方向がアクチュエータ部材による起動の時点でのその弾性変形に起因する被動部材の長さ変化の方向であることが好ましい。限定された量とは、被動部材の前記湾曲が所望の線形方向で動作区分をシフトさせる第１の割合が、弾性変形した被動部材の前記方向での長さ変化に起因する第２の割合よりも小さいことを意味する。好ましくは、第１の割合を第２の割合で除した商は、２未満又は１未満であり、それぞれ好ましくは０．５、０．１、０．０１又は０．００１という値のいずれよりも小さい。
【００４３】
前記第１又は第２の位置で、少なくとも１つのアクチュエータ素子は好ましくは、被動部材がアクチュエータ素子による起動時点で前記長さ変化を受けるような形で、被動部材にリンクされている。第１の位置は、詳細にはアクチュエータ素子により生成された力を被動部材に伝達するために、アクチュエータ素子により生成された力を伝達する素子、例えばアクチュエータ素子自体などが被動部材と接触するか又は被動部材にリンクされる１つの点又は接触部域又は複数の点又は接触部域を含み得るか又はこれらの点又は部域であり得る。好ましくは、被動部材上には、アクチュエータ素子が被動部材にリンクされる少なくとも１つの第３の位置が提供される。
【００４４】
好ましくは、被動部材にリンクされているアクチュエータ素子の起動は、前記第１の位置と前記第２の位置の間の線形距離に沿った被動部材の長さ変化をひき起こす。好ましくは、被動部材は第１の長さ変化だけ、前記第１の位置と前記第２の位置の間で膨張されるように適応されている。さらに好ましくは、被動部材は、第２の長さ変化の長さだけ前記第１の位置と前記第２の位置の間で圧縮されるように適応されている。さらに好ましくは、被動部材は、第１の長さ変化の長さだけ前記第１の位置と前記第２の位置の間で膨張されるように適応されており、同時に第２の長さ変化の長さだけ第３の位置と第４の位置の間で圧縮されるように適応されている。このような適応は、少なくとも１つのアクチュエータ素子の前記位置に対するリンケージのためのカウンタサポート（例えば突起、凹部、開口部、段）を提供するために被動部材を前記位置で構成することによって実現可能である。
【００４５】
少なくとも１つのアクチュエータ素子が提供される。好ましくは、多数の、例えば２、３、４、５、６個以上のアクチュエータ素子が提供されている。各々のアクチュエータ素子は好ましくは、少なくとも１つ、好ましくは多数、例えば２、３、４、５、６個又はさらにはるかに多く、例えば数十又は数百個のアクチュエータ部材を含む。好ましくは、少なくとも２つ又は３つのアクチュエータ素子が提供され、これらは、座標系のｘ、ｙ及びｚ方向での被動部材の起動を可能にするように、被動部材のまわりに配設されている。
【００４６】
アクチュエータ素子又はアクチュエータ部材は、圧電素子例えば圧電セラミック例えば軟質又は硬質セラミック、例えばＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ［ＺｒｘＴｉ１−ｘ］０３（０＜ｘ＜１、ＰＺＴ）、ＫＮｂＯ３、ＬｉＮｂ０３、ＬｉＴａ０３、Ｎａ２Ｗ０３、Ｂａ２ＮａＮｂ５０５、Ｐｂ２ＫＮｂ５０１５、ＰＭＮなどであり得る。
【００４７】
好ましくは、１アクチュエータ素子又はアクチュエータ部材は環状構造、好ましくは対称円環状構造を有し、こうしてそれを円筒形状の被動部材の本体のまわりに配設することができるようになっている。好ましくは、少なくとも１つのアクチュエータ素子及び／又はアクチュエータ部材（例えば圧電ホイル）が合わせて積層されて１つの起動装置を形成する。アクチュエータ素子及び／又はアクチュエータ部材は好ましくは例えばｘ方向などの少なくとも１つの方向との関係において順次配設される。例えば自動車産業で利用される燃料噴射器用に使用されかつ好ましい実施形態に係る器具のために利用可能である強圧電素子が好ましい（例えばＰａＴｉＯ３系、Ｐｂ〔ＺｒｘＴｉ１−ｘ〕Ｏ３（Ｏ＜ｘ＜１、ＰＺＴ））。数十〜数百の個別に接続された圧電素子、例えば圧電ホイルの積層を含む積層型圧電素子が好ましい。好ましくは、アクチュエータ素子及び／又はアクチュエータ素子が並列接続される。これにより供給電圧を比較的低く、好ましくは６００Ｖ未満そしてより好ましくは５００Ｖ未満に保つことができる。さらに、達成される動作振幅は例えば０．５〜１．８μｍと大きく、制御用電子機器はさらに実現が容易で安価である。
【００４８】
好ましくは、少なくとも１つのアクチュエータ素子は、全てのアクチュエータ素子の等しい起動の結果もたらされる力ベクトルが前記軸を指すような形で被動部材を通る１本の軸のまわりに配設されている。例えば、円筒形状の被動部材のまわりに配設されている円環状圧電素子の場合がそれである。こうして、例えばＩＣＳＩなどの数多くの利用分野のために所望される１つの明確な方向例えばｘ方向でのリンクされた動作区分の動作及び被動部材の線形起動という利点が得られる。好ましくは、少なくとも１つのアクチュエータ素子及びアクチュエータ素子を被動部材にリンクする接続手段は、アクチュエータ素子の力が被動部材に対し軸方向に伝達されるような形で配設されている。これはすなわち、全てのアクチュエータ素子の同等な制御下で、それらの正味の力が被動部材の断面の中心に作用しているということを意味している。こうして、被動部材の湾曲が回避されるという任意の利点が得られる。こうして、任意に接続されたツールのたわみは削減され、好ましいことに線形動作のみが達成されることから、断面の幅又は中ぐりの直径が削減されることになる。しかしながら、一部の利用分野については、より高次元の動作を達成するため、少なくとも１つ（例えば２個又は３個）のアクチュエータ素子を異なる形で制御することにより、被動部材の湾曲を許容することが可能でありかつ好ましい。
【００４９】
好ましくは、器具は、マイクロマニピュレータ又はサスペンション装置であり得る第２の器具に接続するための接続手段を含む。好ましくは、被動部材には、動作区分の反対側に配設されている被動部材の部品であり得る接続区分が具備されており、こうして１つ又は複数のアクチュエータ素子は動作区分と接続区分の間に、ただし好ましくは被動部材に対し平行に配設されるようになっている。さらに、少なくとも１つのアクチュエータ素子のためのハウジングを提供することが可能でありかつ好ましく、この場合このとき前記接続手段をハウジングに配設することができる。好ましくは、器具上に慣性質量要素が具備され、これは好ましくは少なくとも１つのアクチュエータ素子と、器具を他の器具に接続する前記接続手段との間で力伝達連鎖の形で配設される。前記慣性質量要素は好ましくは鋼又は他の材料で製造されている。この慣性質量要素の役目はこの場合、好ましくは器具の前方部分にある動作区分の推進に有利なようにアクチュエータ素子から結果として得られた力を分配し、好ましくは器具の後方部分を形成している接続手段（又は任意に接続された他の器具、例えばサスペンション装置）の推進を低減させることにある。これは、大きい質量の方が、接続された小さい質量の方よりも加速度が小さく、結果として大きい方の質量（慣性質量要素及び任意の接続されたさらなる器具）の変位と比べて軽い方の質量（動作区分）の変位の方が大きくなるということを意味するニュートンの第３法則「作用反作用の法則」の概念に従うものである。
【００５０】
こうして、動作の生成効率が改善され、好ましくは接続されるさらなる器具に対する器具の接続部ならびにさらなる器具に加わる応力は少なくなる。
【００５１】
好ましくは、少なくとも１つのアクチュエータ素子による起動を制御する制御装置が器具のために提供される。この制御装置は好ましくは電気回路、詳細にはアクチュエータ素子の供給電力を制御するための電力回路を含む。このような回路は好ましくは絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を含む。供給電圧生成手段により供給される高電圧は好ましくはＩＧＢＴを用いて所望の振幅及び周波数で圧電素子に分配される。制御装置は好ましくはマイクロコントローラ、好ましくはマイクロプロセッサそして好ましくはデータ記憶装置、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ又はＥＥＰＲＯＭなどを含む。制御装置は好ましくは、既定の動作プログラムを実行するために器具のユーザーがプログラミングできるように適応されており、このプログラムに従って、所望のシーケンス、周波数、パルス数、振幅などで１つの動作が生成されて、器具を用いた作業の再現性を改善する。制御装置は好ましくは、好ましい実施形態に係る器具の外部に配設され、詳細には外部に取付けられ、好ましくはケーブルを介して器具に接続されている。ただし、制御装置を器具にリンク又は取付けることも同様に可能であり、かつ好ましい。
【００５２】
好ましくは、器具は信号を受信するための手段及び／又は信号を送信するための出力手段を含む。入力手段は、器具をユーザーが制御するためのボタン又は制御パネルを含むことができる。入力手段は同様に、器具を用いた作業を自動化するため例えばワークステーション又はＰＣなどの別の装置により制御装置を遠隔制御するようにデータインタフェースを含むこともできる。詳細には、ユーザーが自分の足で制御を行なえるように好ましくは前記入力装置の１つとして、フットスイッチを具備してもよい。フットスイッチは、器具又は外部制御装置に接続されてよい。出力手段は、視覚的及び／又は音響的手段、例えばスピーカー又はディスプレイ又はＬＥＤを含んでいてよく、この場合、制御装置は制御装置又は器具の状態についての情報をユーザーに信号送りするように適応されている。出力手段はさらに、例えばワークステーション又はＰＣなどの別のデータ処理装置に情報を送るためのデータインタフェースを含むことができる。同様に、器具は、自らの状態及びアクチュエータ素子例えば圧電素子の状態についての情報を提供するために制御装置及び／又は入力手段及び／又は出力手段、詳細にはデータインタフェースを含むこともできる。こうして器具の作動及び能力を監視することができるようになる。
【００５３】
制御装置は好ましくは少なくとも１つのアクチュエータ素子の起動を制御するように適応されている。好ましくは、制御装置は、少なくとも１つのアクチュエータ素子に一定数の起動作用を行わせるように適応されており、この起動作用はユーザーによって選択され得るか又は自動的に選択され得、前記数は好ましくは１、２、３、４、５以上である。好ましくは、制御装置は全てのアクチュエータ素子に同じ電力を供給するように適応されている。しかしながら、好ましくは制御装置のデータ記憶装置内に記憶されていることが好ましい既定のプログラムにしたがって異なるアクチュエータ素子又はアクチュエータ部材に異なる電力を供給するように制御装置が適応されていることも同様に好ましい。好ましくは、制御装置は動作区分の動作を制御するように適応されている。好ましくは制御装置は、単一のパルス又は単一の衝撃あるいは既定の又はユーザーが定義できる数のパルスを伴う動作区分の一連の推進力、異なる動作振幅、振動数、遅延時間を伴う振動動作又は動作パターンを生成するように適応される。
【００５４】
さらに、制御装置は、システム制御装置と同一であり得、あるいはシステム制御装置の一部であり得る。
【００５５】
システム制御装置は、補給動作とパルス動作を含む組合せ動作をツール区分に行わせるように構成されている制御手段を提供しており、パルス動作中の第１の時点と補給動作中の第２の時点の間の時間的推移は既定であり、システム制御装置により提供されている。好ましくは、システム制御装置は器具の活動と補給動作装置の活動を協調させるように構成されている。システム制御装置という用語は必ずしも単一の装置を意味せず、空間的に分布又は接続され得る複数の装置を含む可能性がある。
【００５６】
さらに、システムは少なくとも部分的に一体型のシステムであり得、この場合、器具及び補給動作装置は１つの一体型システム制御装置によって直接制御されるか又は、システム制御装置（又は補給動作装置）の制御専用のものでかつ両方の動作の協調的制御をも実施する拡張型制御装置を使用することによって制御される。このようにして、例えば、好ましくは両方の動作を制御し同期化するプログラムコードによるプログラミングが可能なマイクロコントローラーなどの１つのデータ処理装置を使用することによって、あるいは、パーソナルコンピュータなどの外部装置などの別のプログラムにより駆動される装置によりデータ処理装置を制御することによって、器具のパルス動作及び補給動作を容易に実行できる。
【００５７】
システムがモジュール式であり、パルス動作のための器具、補給動作のための補給動作装置及び器具と補給動作装置を協調させるシステム制御装置とを組合せて用いることによってシステムを組立てることができるということが可能でかつ好ましい。こうして、好ましくは器具及び補給動作装置は、それぞれに分解された場合にシステムとは独立したその作動を可能にするそれぞれに割当てられた専用の制御装置を有しており、システム制御装置は別の制御装置の協調を制御する別個の装置である。制御装置とシステム制御装置は少なくとも部分的に異なる装置であるか又は異なったものであることが可能でありかつ好ましい。システムのこのモジュール式セットアップにより、その使用の柔軟性がさらに高くなる。例えば、システム制御装置又は制御手段は、第１の制御装置及び第２の制御装置を含むことができ、またシステム制御装置は第１の制御装置及び第２の制御装置とは別個のものである装置であり得る。こうして、第１の制御装置が器具のパルス動作を制御し、第２の制御装置が補給動作装置の補給動作を制御するように規定することができる。このような実施形態により、システムのモジュール式セットアップを達成することができかつこのような実施形態のさらに有利な構成を提供することができる。第１の制御装置は器具の一部であり得、第２の制御装置は補給動作装置の一部であり得る。
【００５８】
システム制御装置及び／又はシステム制御装置の制御手段は電気式であり得る。それらは各々電子回路、詳細には集積回路、プログラマブル回路及び／又はプログラム制御可能な回路を含むことができる。詳細には、制御手段は、プログラムコード又はプログラムコードを用いて生成される制御信号を用いて、ツール区分の動作を制御するプログラム制御可能な回路を含むことができる。好ましくはシステム制御装置は、少なくとも１つのプログラムコード又は少なくとも１つの制御信号又は１シーケンスの制御信号を含むか提供し、適用する。信号は好ましくは、ツール区分の動作の速度及び／又は振幅又はツール区分の周期的パルス動作の周波数に影響を及ぼし得る補給動作装置又はアクチュエータ素子の供給電圧の制御に関する情報などの情報を輸送できる電気信号である。詳細には、プログラムコード又は１つ又は複数の制御信号は、器具及び／又は補給動作装置の少なくとも１つのアクチュエータ素子の活動を調整するためにシステムが使用できる情報を含んでいる。プログラムコード、制御信号又は制御信号シーケンスは好ましくは、それぞれに少なくとも１つのアクチュエータ素子及び／又は補給動作装置の活動を調整するように適応されている。
【００５９】
好ましくは、システム制御装置詳細は、少なくとも１つのアクチュエータ素子及び／又は補給動作装置に供給電圧を供給するように適応されている電源電子機器を含む。適切な供給電圧は、詳細にはアクチュエータ素子又は補給動作装置がこのような圧電素子を含む場合に、上述した通り１つ以上の圧電素子を制御するのに適している電圧領域内にあり得る。
【００６０】
制御手段は、少なくとも１つのアクチュエータ素子を用いて器具にツール区分のパルス動作を行わせるように構成されている。さらに、制御手段はツール区分の補給動作を制御するように構成されている。その上、制御手段は、ツール区分が組合せ動作を行うような形で構成される。制御手段の前記構成は好ましくは、システム制御装置の電子回路が、プログラムコードによって制御可能な電子回路を含み得る制御手段を含んでいることを暗示している。その上、前記プログラムコードは好ましくは制御手段の一部であり、したがって好ましくは本発明に係るシステムの一部である。したがって、例えば適切なプログラムコードを含み入れることによる制御手段の構成は、本発明に係るシステムの１つの適切な特徴を成す。
【００６１】
システム制御装置、詳細には制御手段及び／又は第１及び／又は第２の制御装置がそれぞれに、少なくとも１つのマイクロコントローラ及び／又はデータ処理ユニット（ＣＰＵ）及び／又はメモリー手段例えばＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリーを含み、かつ好ましくは前記メモリー手段内に表の形で保存可能な制御データを含むことが可能でかつ好ましい。しかしながら同様に、制御データを、例えばシステム制御装置により計算されたデータなどの他のデータに応じてか又はユーザーにより手動式に入力されたデータに応じてシステム制御装置によって生成することも可能でかつ好ましい。適切な制御データを選択した時点で、制御データはシステム制御装置によりそれぞれの電気制御信号に翻訳され、好ましくはこれらの信号は少なくとも１つのアクチュエータ素子及び／又は補給動作装置の活動を制御する。
【００６２】
組合せ動作は補給動作とパルス動作を含み、パルス動作中の第１の時点と補給動作中の第２の時点の間の時間的推移は既定であり、制御手段により提供される。組合せ動作は本発明に係るシステムの１つの重要な特徴を表わしている。すなわちこれは、システムが特に両方の種類の動作の間でのユーザー対話を必要とせずに、パルス動作に結合された補給動作及びその逆を自動的に実施することができる、ということを意味している。このことは、例えば、特定のタイプの細胞膜を貫通するためなどの所望の技術的目的を際限可能な形で達成するように規定されている組合せ動作から成る動作パターンを開発し応用する上で一助となる。両方の種類の動作の時間シーケンスに関しては、多様な組合せ動作を調製することができる。動作の前記結合は、パルス動作中の第１の時点と補給動作中の第２の時点の間の既定の時間的推移を提供することによって達成される。
【００６３】
好ましくは、器具のパルス動作を制御するシステム制御装置の第１の構成要素と補給動作装置の補給動作を制御するシステム制御装置の第２の構成要素は、それぞれ相互対話するように構成可能である。好ましくは、第１の構成要素は第１の制御装置であり、第２の構成要素は第２の制御装置であり、これはそれぞれに、もう一方の構成要素又は制御装置の動作とは独立してそれぞれの動作を制御することができる。
【００６４】
しかしながら、第１及び第２の構成要素（又は制御装置）がもう一方の構成要素と対話できるようにする対話手段をシステム制御装置が含んでいることが好ましい。システムは好ましくは、詳細にはその前記第１の時点でそれぞれに第１及び第２の制御装置に電気信号又はデータを交換させ、第１の制御装置に補給動作の進行に影響を与えさせ、かつ、第２の制御装置にパルス動作の進行に影響を与えさせるように構成されている対話手段を含む。このような対話手段は好ましくは、両方の構成要素間の電気的インタフェース、接続又は回路を含み、好ましくは電気的対話信号又は対話データを含む。例えば、両構成要素の間のデータフローを可能にする回路を提供することができ、その場合各々のデータ受信構成要素（制御装置）はデータフロー（シーケンスの形で送られ所望の制御情報を表わす電気信号）を評価し、データフローから制御信号を抽出するように適応されており、各データ送信構成要素（制御装置）はそれぞれのデータを送るように適合されている。このような対話信号は、それぞれのもう一方の構成要素の制御プロセスに影響を与えるために第１及び第２の構成要素により使用される。このようにして、ソフトウェアーハンドシェークに基づく対話プロセスが、組合せ動作の制御を目的として提供され得る。データを交換するためのインタフェースは、光学式又は電気式ならびに有線又は無線のインタフェースを含み得る。さらに、器具及び補給動作装置の活動を協調させるためにハードウェアハンドシェークを使用することができる。
【００６５】
ハンドシェークという用語は、不規則に発生するデータ転送の場合のデータ転送同期化方法を意味する。データ送信者は、受信者に新しいデータを送ることができる（又は送りたい）場合に合図を送り、好ましくは受信者は、新しいデータを受信できる（又は受信したい）場合に合図を送る。同期化が追加のハードウェア制御接続例えばＲＳ２３２接続における追加の制御線ＲＴＳ及びＣＴＳによって実現される場合、これはハードウェアハンドシェークと呼ばれる。
【００６６】
パルス動作中の第１の時点と補給動作中の第２の時点の間の時間的推移は、対話データによって制御可能である。一般に、時間的推移は、好ましくはパルス動作中は前記第１の時点であり補給動作中は第２の時点である開始時点によって、あるいは第１の時点と時間周期によって定義され、この時間周期の終了時点は実質的に前記第２の時点に対応する。例えば、第１の制御装置は、第２の制御装置に対して具体的事象、例えばツール動作が第２の位置に到着する事象、又はツール動作が第１の位置に到着する時点又はパルス動作中の別の時点を伝達するように構成され得る。
【００６７】
次に、具体的な時間的推移は、時間的開始点としての前記事象の時点（第１の時点）に対話相手の構成要素（制御装置）までのデータ転送時間を加え、さらに時間周期を加えたものによって決定され、時間的推移の終りで補給動作の第２の時点が起こり得る。前記第２の時点は、補給動作の開始時点、補給動作の一部分の開始時点又は補給動作中の別の時点であり得る。好ましくは、時間的推移の時間周期は既定であり、それは少なくとも単一の組合せ動作が開始される前に既定される。しかしながら、後続する組合せ動作と後続する一連の組合せ動作の間の時間的推移の時間周期を変動させるようにシステムを適応させることができ、これにより、さらに柔軟な動作パターンが可能となる。詳細には、時間的推移の時間周期は、以下の時間周期を含むことができ、あるいは、それぞれに好ましくは以下の時間周期範囲から取り上げることができる、０．０ｍｓ、［０．０〜０．０５ｍｓ］、［０．０５〜０．１ｍｓ］、［０．１〜０．５ｍｓ］、［０．５〜１．０ｍｓ］。
【００６８】
前記事象が、例えばそれぞれに器具、１つ又は複数アクチュエータ素子又は補給動作装置に配設され得る加速度センサー又は（好ましくは光学式の）ポジショニングセンサーなどの１つ以上のセンサーによって測定されるデータによってトリガーされるか又は、システム制御装置により提供され得る電子測定手段が受信しているデータによりトリガーされることも同様に可能であり、好ましい。このようにして、アクチュエータ素子、器具及び／又は補給動作装置の実際の動作段階をより正確に考慮する組合せ動作をセットアップすることが可能である。例えば、実際のパルス動作の段階の時点、例えば終了時点又はツール区分が第２の又は第１の位置に到着している時点で、実質的にそれより早くも遅くもなく精確に補給動作を後続させることが所望されるかもしれない。センサーはそれぞれの事象を検出し、補給動作又はその一部をトリガーすることができる。その上、システムの他のセンサーを用いて前記事象をトリガーすることも可能である。このようなセンサーは例えばツール先端部と生体標的試料の距離などの位置を決定するためにＬＥＤ及びフォトダイオード又は電気キャパシタンス測定を用いる光学的又は電気的ポジショニングセンサーであり得る。このようにして、センサーにより測定された事象によって組合せ動作の動作パターンがトリガーされ得、これにより、特に生体試料の精確かつ再現性ある処理が可能となる。
【００６９】
その上、システム制御装置にタイマー装置を使用することによって組合せ動作を制御することが可能かつ好ましく、この場合、タイマー装置をシステム制御装置内に一体化するか又は外部に配設することができる。この場合、時間的推移は、パルス動作中の第１の時点例えばパルス動作の開始時点ならびに補給動作の第２の時点例えば補給動作の開始時点を規定する既定のタイムスケジュールにしたがって器具及び補給動作を制御することによって提供される。したがって、タイムスケジュールは、パルス動作及び補給動作のそれぞれの終了時点又は、具体的事象を意味する他のそれぞれの時点をも含むことができる。このようにして、マザークロックとして作用し得る前記タイマー装置を用いて追従される詳細なタイムスケジュールを提供することが可能である。
【００７０】
組合せ動作の以下の動作パターンがそれぞれに好ましく、同様にさらなる動作パターンを形成するために組合せることも可能である。
【００７１】
第１の動作パターンでは、Ｎ１回の完全なパルス動作が器具により実施され、最後のパルス動作の終りは前記「第１の時点」を表わし、ここで、この時点は時間周期Ｔ２中の連続補給動作であり得るか又は補給動作の無い複数の時点により中断されるＮ２回の補給動作周期を含む補給動作であり得る１補給動作の開始時点である「第２の時点」に実質的に対応しており、Ｎ１及びＮ２は好ましくは１であるか又は｛１、２、３、…Ｎ｝の中から取られ、ここでＮは任意の自然数である。この種の組合せ動作は、生体膜の構造を局所的に分断し弱化するため、好ましくは実質的にツールの直径に対応する直径内でのみ膜を弱化するため、及び膜の分断位置を通ってツールを挿入するため、例えばＩＣＳＩの場合には卵母細胞内により深くキャピラリーを挿入するために、特に有用である。
【００７２】
第２の動作パターンでは、Ｎ３対のＮ１回パルス動作とＮ２回の補給動作の一連の組合せが行われ、Ｎ１は好ましくは１又は５未満であり、Ｎ２は好ましくは１であり、Ｎ３は好ましくは範囲〔１−３〕、〔３−５〕、〔５−１０〕、〔１０−２０〕又はそれ以上の範囲から選択されており、一般にＮ１、Ｎ２、及びＮ３は好ましくは｛１、２、３、…Ｎ｝の中から取られ、Ｎは任意の自然数である。この種の動作パターンは、前進するツール先端部の経路内に例えば細胞膜及び細胞小器官又は細胞核の膜などの２つ以上の膜を提供する、例えば生体細胞体などの嵩高く軟質の材料の中に貫入するために特に有用である。補給動作の複数のステップ間で、材料は局所的に弱化されて、補給動作の後続するステップに対する材料の局所的抵抗性を低下させる。このようなパターンは好ましくは、例えば生きた細胞などの標的材料の不要な損傷を回避することができる。
【００７３】
第３の動作パターンでは、少なくとも１つの連続補給動作が実施され、Ｎ１回のパルス動作が前記連続的補給動作中に実施され、これはすなわち、好ましくは、器具の少なくとも１つのアクチュエータ素子が作用状態にあるとき補給動作装置が同時に作用状態にあることを意味している。こうして、標的材料は、ツールの前進時点で反復的かつ恒久的に弱化されることから、ツールの高速かつ効果的な前進が可能となる。
【００７４】
好ましくは、１つの動作パターンで、組合せ動作の補給動作はパルス動作を行うことによってトリガーされる。
【００７５】
反対に、前記動作パターンはそれぞれ補給動作で開始してその後にパルス動作が続くことも可能である。
【００７６】
好ましくは、制御手段は、組合せ動作を行うように構成されており、この場合、器具はｘ軸に沿ったパルス動作の振幅を提供するように構成されており、前記振幅は例えば０．５μｍ、１．０μｍ又は１．５μｍなどのユーザー定義可能な振幅以下であり、補給動作装置は、ｘ軸に沿った補給動作の振幅を提供するように構成されており、前記振幅は、例えば１〜２、２〜５、５〜１０、１０〜１００の間又はそれとは異なる倍率で組合せ動作の対応するパルス動作の振幅以上である。この種の動作パターンは、生物学的構造（例えば膜）の弱化後の高速かつ効果的な前進動作を可能にし、例えば細胞の比較的短時間で穏やかな処理を導く。しかしながら、好ましくは制御手段が、組合せ動作を行うように構成されており、器具がｘ軸に沿ったパルス動作の振幅を提供するように構成されており、前記振幅は例えば０．５μｍ、１．０μｍ又は１．５μｍなどのユーザー定義可能な振幅以下であり、補給動作装置は、ｘ軸に沿った補給動作の振幅を提供するように構成されており、前記振幅が組合せ動作の対応するパルス動作の振幅以上であることも同様に可能であり好ましい。この種の動作パターンは、生物学的構造（例えば膜）の弱化後の高速かつ効果的な前進動作を可能にし、例えば細胞の比較的短時間で穏やかな処理を導く。この種の動作は、例えば材料にツールを貫入させるためにより多くの位置におけるパルス動作によるより多くの弱化を必要とする、より抵抗性の高い材料を処理するために有用であり得る。
【００７７】
パルス動作の周期が補給動作の周期と完全に又は部分的に一致する、重複する又は後続するその他の動作パターンをセットアップすることができ有用である。好ましくは、このシステムはユーザーに所望の動作パターンをカスタマイズさせるように構成されている。好ましくは、システム制御装置は、所望の動作パターンを適用するために１つのプログラムコードを利用する。このようなプログラムコードは好ましくはシステム制御装置のメモリー手段内に記憶される。プログラムコードは部分的に又は完全にユーザーによって生成されるか、あるいは部分的に又は完全に既定されたメーカー製でありパラメータを変更することによってユーザーが修正できるか、又は少なくとも部分的にパラメータを変更することではユーザーが修正できないものである可能性がある。好ましくは、好ましい動作パターンを表わすデータセットをそれぞれシステム又はシステム制御装置により記憶させて、後にリローディング及び再適用することができる。
【００７８】
器具の好ましい振幅及び周波数については以上で記述した。
【００７９】
補給動作装置は、器具のアクチュエータ素子に関連して記述した通り、例えば圧電素子などの１つ以上のステップモーター又はアクチュエータを含むことができる。その他の前進手段も同様に可能である。しかしながら、補給動作装置は、パルス動作を行う器具アクチュエータ素子の考えられる振幅よりも大きい一つの距離の範囲内でツールの補給動作を行うシステムの能力を表わす、器具のアクチュエータ素子が行うことのできるよりも大きい動作振幅を行うことができることが好ましい。このことは必ずしも、組合せ動作をツールに適用するためには補給動作の振幅はパルス動作の振幅よりも大きくなくてはならないということを暗示しないが、それを意味する可能性はある。詳細には、（組合せ動作内で）補給動作の振幅が、パルス動作の振幅に倍率Ｃを乗じたもの以上である（なおＣは１、２、３、５、１０、５０又は１００以上である）ことが好ましい。これにより、標的材料に高速かつ高効率で貫入できる動作パターンのセットアップが可能になる。しかしながら、制御手段が、組合せ動作を行うように構成されており、器具がｘ軸に沿ったパルス動作の振幅を提供するように構成されており、前記振幅は例えば０．５μｍ、１．０μｍ又は１．５μｍなどの規定の値以下であり、補給動作装置は、ｘ軸に沿った補給動作の振幅を提供するように構成されており、前記振幅が組合せ動作の対応するパルス動作の振幅以上であることも同様に好ましい。
【００８０】
補給動作装置の合計行程（振幅）は５〜１０μｍ、１０〜２０μｍ又は２０〜４０μｍであり、これにより、例えば一般に数多くの他の生体細胞よりも大きな直径又は寸法を有する植物細胞又は卵母細胞の場合により大きいものであり得る所望の貫入深度まで標的材料に貫入することが可能となる。好ましくは、組合せ動作又は動作パターン内の補給動作の振幅は、その他のパラメータに応じて、好ましくは少なくとも１つのアクチュエータ素子を駆動するために器具に適用される供給電圧又はパルス動作の振幅に応じて、システム制御装置により計算される。好ましくは、補給動作の速度は秒速０．０〜１００ｎｍ、１００〜５００ｎｍ／ｓ、５００〜１０００ｎｍ／ｓ、１μｍ〜２μｍ／ｓ、２μｍ〜１０μｍ／ｓの間又はそれとは異なるものである。好ましくは、補給動作の速度はユーザー定義されたものであり得、システム制御装置のメモリー手段により記憶され得、好ましくは、好適な動作パターンを表わすデータセットの一部を成す。
【００８１】
好ましくは、補給動作装置は、詳細にはシステムに恒久的に接続されていない別個の装置であり、器具は好ましくは同様に、詳細にはシステムに恒久的に接続されていない別個の装置であり、両方が１つのモジュール式システムを形成している。器具は、ツール区分のパルス動作を生成するための公知の器具であり得、補給動作装置は補給動作を生成するための公知の補給動作装置であり得る。しかしながら、器具及び補給動作装置は、それぞれ、互いに対話するように適応されているか又はそのための例えば接続、インタフェース及び／又はプログラムコードなどの手段を備えている。本発明に係るシステムにはめ込むように適応され得る又はそのための追加の手段をそれぞれに備え得る適切な器具は、器具の好ましい実施形態に対応する欧州特許出願第０９０１５９７７号に記述されたＥｐｐｅｎｄｏｒｆ ＡＧ製の細胞マニピュレータ、又はＳｕｔｔｅｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｏｎｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｄｒｉｖｅ、Ｎｏｖａｔｏ、ＣＡ ９４９４９、ＵＳＡにより提供され販売されているＰｒｉｍｅ Ｔｅｃｈ ＰＭＭ−１５０ＦＵである。本発明に係るシステムにはめ込むように適応され得る又はそのための追加の手段を備え得る適切な補給動作装置は、Ｅｐｐｅｎｄｏｒｆ ＡＧ、Ｇｅｒｍａｎｙ、Ｂａｒｋｈａｕｓｅｎｗｅｇ １、Ｄ−２２３３９ Ｈａｍｂｕｒｇにより提供され販売されている「ＴｒａｎｓｆｅｒＭａｎ（登録商標）ＮＫ２」である。
【００８２】
詳細には、システムのツール区分に取付けられたツールによって予め「穿孔」された穴の近傍での細胞膜の不要な損傷を回避するため、例えばｘ軸に沿った線形補給動作が所望され得る。この状況下では、例えばｘ軸に沿って線形動作を行うために最適化されている器具の好ましい実施形態が特に有用である。しかしながら、補給動作は同様に非線形でもあり得、多角形又は湾曲した軌道例えば円形、楕円形、らせん又は異なる軌道に従うことができる。これは、例えば生物学的構造に貫入した後にツール先端部をより精確に位置づけするために有用であり得る。
【００８３】
本発明に係るシステムは、好ましくは、制御データを装置に入力できる入力手段を含み、制御データはシステムのツール区分の動作を制御する。このような入力手段は、ユーザーが動作パターン又は組合せ動作を所望の形でカスタマイズできるようにするか又はユーザーの作成した制御プログラムコードを規定することになる少なくとも１つの組合せ動作を含む動作パターンを組立てることができるようにするための、例えばキーボード、タッチスクリーン、ボタンなどのユーザー入力手段であり得る。このような入力手段は、他の装置例えばＰＣ又は自動実験室システム、例えばＬＩＭＳに接続するためのデータインタフェースも含むことができる。好ましくはシステムは、器具にパルス動作のみを行わせるため又は補給動作装置に補給動作のみを行わせるため、組合せ動作の活動停止を可能にするように構成されている。これは、詳細には、ユーザーの選択によって器具と補給動作装置を組合せて本発明に係るシステムを形成することのできるモジュール式システムにおいて有用である。
【００８４】
特に生体細胞材料に対する作業向けにシステムのツール区分の動作を生成するための本発明に係る方法において、システムには、ツールを配設できるツール区分とツール区分を移動させるように配設された少なくとも１つのアクチュエータ素子とを提供する器具が含まれ、システムには、少なくとも１つのアクチュエータ素子を用いて、ツール区分の第１の位置から開始して、ツール区分を第２の位置まで移動させ、かつツール区分を第２の位置から第３の位置に向かって移動させるツール区分のパルス動作を器具に行わせるように構成された制御手段を提供するシステム制御装置が含まれ、システムがさらに、ツール区分にリンクされ、ツール区分の補給動作を提供することのできる補給動作装置を提供しており、システム制御装置は、ツール区分の補給動作を補給動作装置に行わせるように構成されている制御手段を提供している方法であって、
補給動作とパルス動作を含むツール区分の組合せ動作をシステム制御装置の制御手段に行わせる制御手段であって、パルス動作中の第１の時点と補給動作中の第２の時点の間の時間的推移は既定であり、システム制御装置により提供されているステップと、
好ましくは組合せ動作を行う前に時間的推移を既定し、システム制御装置を用いて時間的推移を提供するステップと、を含む方法。
【００８５】
本発明に係る方法の実施形態及び特徴は、前述したシステム、器具及び動作パターンの説明から導出することができる。
【００８６】
さらに、図面、詳細には好ましい実施形態の器具の記述を参照しながら本発明に係るシステム及び方法の以下の実施形態から、本発明のさらなる利点、特徴及び利用分野を導出することができる。以下では、同じ参照番号は実質的に同じ構成要素を記述する。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】Ｕ字形基部を含む先行技術の器具の側面図を示す。
【図２】本発明に係る方法のいずれかの好ましい構成にしたがって作動させられる、好ましい実施形態に係るシステムのいずれかの実施形態を含むいくつかの機能的構成要素を伴う配設のブロック図を示す。
【図３】器具の好ましい実施形態の長さに沿った垂直断面を示す。
【図４】図３の垂直断面の詳細を示す。
【図５】図３及び４の器具のために使用可能な一連の圧電素子であるアクチュエータ素子の配設及び接続の一例を示す。
【図６】本発明に係るシステムの一実施形態を示す。
【図７ａ】システムが第１の動作パターンを実施する場合の、経時的な図６のシステムのツール区分の位置を伴うダイアグラムを示す。
【図７ｂ】システムが第２の動作パターンを実施する場合の、経時的な図６のシステムのツール区分の位置を伴うダイアグラムを示す。
【図７ｃ】システムが第３の動作パターンを実施する場合の、経時的な図６のシステムのツール区分の位置を伴うダイアグラムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００８８】
図１は、すでに前述した通りの先行技術の器具を示す。
好ましい実施形態に係る器具の実施形態は、例えばＩＣＳＩを実施する上で必要とされるような、生体細胞の膜又は外皮に穿孔するように適応された器具である「細胞穿孔機」に関する。「穿孔機」という用語は、必ずしも穿孔機に関連し得るツールの回転動作を暗示していないが、回転動作を暗示してもよい。
【００８９】
図２は、本発明に係る方法のいずれかの好ましい構成にしたがって作動させられる、好ましい実施形態に係るシステムのいずれかの実施形態を含むいくつかの機能的構成要素を伴う配設のブロック図を示す。細胞穿孔機６は好ましくはシステム全体（６；７；８；９；１０；１１）のために使用される。細胞穿孔機は、懸吊され、例えばＥｐｐｅｎｄｏｒｆ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍａｎ ＮＫ２（登録商標）などのマイクロマニピュレータ７などの補給動作装置７により保持されている。マニピュレータ７は、例えばＮｉｋｏｎ Ｅｃｌｉｐｓｅ Ｔｉ（登録商標）などの倒立顕微鏡８に取付けられている。
【００９０】
細胞穿孔機６は外部制御装置９を介して制御される。この外部制御装置９はコントロールパネルとそれに接続された２つのフットスイッチを含む。あるいは、少なくとも２つのスイッチについてはハンドスイッチを使用してもよい。第１のフットスイッチ（チャネル１）を作動させると、パルスシーケンスの開始がトリガーされ、細胞穿孔機６のツールは卵母細胞の透明帯（帯）を貫通するのに適したパラメータにしたがって線形的に前後に移動させられる。第２のフットスイッチ（チャネル２）は、卵母細胞の卵細胞膜を貫通するのに適切なパルスシーケンスをトリがーする。両方のチャネルのためのパラメータセットは、それぞれ３つの単一パラメータ、すなわちインパルスの時間シーケンスを定義するツールのインパルスの振幅（ａ）、１シーケンス中のインパルスの数（ｎ）及び周波数（ｆ）又は遅延時間にしたがって決定される。
【００９１】
透明帯又は卵細胞膜を貫通するためには、以下のパラメータセットが有用である。
透明帯：
ａ＝好ましくは０．２０〜０．９５μｍ、好ましくは０．２０〜０．６７μｍ、
ｎ＝好ましくは１〜７０、好ましくは１〜１０、
ｆ＝好ましくは１〜４０Ｈｚ、好ましくは１〜１０Ｈｚ。
卵細胞膜：
ａ＝好ましくは０．１２〜０．５μｍ、
ｎ＝好ましくは１〜２０、好ましくは１〜５、
ｆ＝好ましくは１〜４０Ｈｚ、好ましくは１〜１０Ｈｚ。
【００９２】
パラメータの最適な選択は、貫通すべき細胞のタイプによって左右される。それはさらに、ツールとして用いられるキャピラリー、及びＦｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（登録商標）ＦＣ−７７又は水銀であり得るその潜在的充填材料によって左右される。したがって、最適なパラメータは、本明細書中で記述されているパラメータの範囲と異なるものであり得る。好ましくは、器具すなわち細胞穿孔機６はその他のパラメータを許容するように適応されている。例えば、特異的膜の貫通に成功するようインパルスシーケンスを数回開始させることが可能であり得る。
【００９３】
細胞穿孔機機能に加えて、本明細書で記述されている細胞穿孔機６の実施形態は同様に第２の機能も提供しており、細胞膜又は組織を剥離するためのマイクロディセクターとして使用可能である。剥離モードがコントロールパネルを介して開始させられる場合、パラメータｎは好ましくは選択不可能である。その代り、剥離ツールは好ましくは、スイッチが解除されるまでフットスイッチを操作することにより制御される。ｆ＝０〜１０００Ｈｚで標準周波数剥離を実施すること又はｆ＝２０〜４０ＫＨｚで高周波数剥離を実施することが可能である。
【００９４】
その上、好ましい実施形態に係る器具、詳細には細胞穿孔機６及び／又は制御装置、詳細には制御装置９は、例えば細胞材料などの接着している材料をツールから除去することを目的とする清浄機能を提供するように適応される。清浄機能は好ましくは、コントロールパネルによってか又はフットペダルを「ダブルクリック」することによって開始可能である。清浄方法は、好ましくは２〜１００００Ｈｚ、１０〜２０００Ｈｚ、１００〜２０００Ｈｚ、８００〜１２００Ｈｚ、９５０〜１０５０Ｈｚ又はそれとは異なる周波数である清浄周波数で細胞材料を振り落すのに適したインパルスシーケンスを提供する。
【００９５】
細胞内への材料の注入（例えばＩＣＳＩ）のために細胞穿孔機６が使用される場合には、器具は、制御装置９及びマイクロマニピュレータ７に対するインタフェースの他に、例えばＥｐｐｅｎｄｏｒｆ ＣｅｌｌＴｒａｍ Ｏｉｌ（登録商標）などのマイクロインジェクタ１１に対するインタフェースをも必要とする。マイクロインジェクタ１１は、例えば１００〜１０００μｍ3又はそれとは異なる最小体積の液体、詳細には細胞穿孔機６によって移動させられる約３８０μｍ3の単一のヒト精子が占有する体積をキャピラリーに対して秤量する。キャピラリーの代りにツールとしてマイクロ電極が使用される場合には、このマイクロ電極は適切な制御装置（１１）を備えなくてはならない。組織試料１０の顕微剥離のために細胞穿孔機６が使用される場合には、マイクロインジェクタ１１又はマイクロ電極用コントローラを削除又は接続解除することができる。
【００９６】
図３は、細胞穿孔機６である好ましい実施形態に係る器具の一実施形態の長さに沿った垂直断面を示す。この実施形態は、マイクロインジェクタ１１と組合せるための細胞穿孔機（ツール動作を生成するための器具）を含んでいる。マイクロキャピラリ１０１（ツール）は、グリップヘッドとして適応された取付け用ヘッド１０２により保持されている。考えられる代替的ツールは、被動部材１０３の動作区分５ｂに取付けられるマイクロディセクターとして使用するための切断ツール又はマイクロ電極である。マイクロキャピラリ１０１の流路は、封止手段の助けを借りて、キャピラリチューブ１０３として適応されている被動部材１０３の流路にしっかりと接続されている。このキャピラリチューブは接合部１０５を介してマイクロインジェクタ１１に接続されている。細胞穿孔機６を保持するため被動部材すなわちチューブ１０３の後方部分に接続手段１０６例えばクランプ装置が具備される。細胞穿孔機の制御は、駆動区分１０８を制御装置９に接続している電力線１０７を介して行なわれる。作動中、マイクロインジェクタ１１への補給パイプ１０５、キャピラリチューブ１０３ならびにマイクロキャピラリ１０１の一部分にはシリコン油が充填されている。マイクロキャピラリ１０１の前方部分には通常Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（登録商標）ＦＣ−７７又は水銀が充填されている。マイクロインジェクタ１１で液体を上下で圧送することによって、パイプ系内の液柱全体を移動させることができ、こうしてマイクロキャピラリ１０１による液体体積（及び／又は細胞材料）の取込み又は放出を制御することができる。
【００９７】
図４は、図３中の細胞穿孔機６の垂直断面の駆動区分１０８の詳細図を示す。細胞穿孔機の組立て、詳細には駆動区分１０８の組立てが説明されている。駆動区分１０８は、キャリヤであるチューブ１０３上に載っている。第一に、ネジ山付きスリーブ１０９が、接続手段としても作用する凹部１１０で停止するまでチューブ上を滑動させられ、アクチュエータ素子からの力が第１の位置でチューブに伝達される。次に、絶縁用／中央スリーブ１１１が設置される。チューブ１０３の前方に同心溝が設けられており、これは接続手段として役立ち、第２の位置を画定しており、この位置でアクチュエータ素子からの力がチューブ１０３に伝達されて、圧電素子による起動の時点でチューブを前記第１の位置と前記第２の位置の間で膨張させる。前記溝の中に２つの円錐形環要素１１２が設置され、これが細胞穿孔機の前方部分に向かって増大する外径を提供している。すなわちその外部表面は一定の角度で勾配を有する。円錐形環要素１１２上へと円錐形のディスク１１３が滑動させられ、このディスクはその内側に同じ角度の勾配を有するが、方向は反対であり、こうして部品１１２及び１１３が形態拘束式に互いに接するようになっている。ディスク１１３に対して圧電環要素１１４が当接しており、これらの圧電環要素はスリーブ１１１によりチューブ１０３に対して電気的に絶縁され心出しされている。ネジ山付きスリーブ１０９上に、圧電素子１１４が充分にバイアス圧縮状態になるまで、カウンタサポート１１５がネジ込まれている。前記圧縮は好ましくは、圧電素子１１４が器具の作動中つねに圧縮下に、好ましくは少なくとも前記バイアス圧縮下にとどまるような形で選択される。こうして、扶持による圧電素子１１４の安全な取付けが確保され、こうして意図されないシフトは回避される。したがって、圧電素子１１４の接着ボンディング又はその他の接続は不要である。さらに、セラミックの破損を導く可能性のある圧電素子の引張応力を回避することができる。カウンタサポート１１５は電力線１０７及びアンチキンク１１６を保持する。
【００９８】
細胞穿孔機の駆動機構はハウジング１１７とカバー１１８にとり囲まれている。シールリング１１９、１２０及び１２１を介して、結果として得られた内部空間は、環境に対し気密で蒸気が漏れないように封止される。したがって、圧電素子１１４は粉塵及び湿気に対して保護されている。
【００９９】
以下では、細胞穿孔機６の作動原理が、図３〜５を参照して説明されている。電力線１０７を介して圧電素子１１４に適切な電圧が適用された場合、圧電素子はｘ方向に膨張する。しかしながら圧電素子は第１の位置と第２の位置の間、すなわちカウンタサポート１１５と円錐ディスク１１３の間に扶持される。これらの部品は、チューブの溝及び凹部１１０すなわちチューブ自体によってしっかりとチューブの膨張方向との関係においてそれぞれにネジ山付きスリーブ１０９及び環要素１１２によって保持されている。原理的には、チューブの膨張の代りに圧縮を利用することもできるが、目下の実施形態についてはあてはまらない。
【０１００】
チューブ１０３のための好ましい材料は鋼である。公知の通り、鋼でさえ弾性変形可能な材料であり、そのヤング率は比較的高いものである（シリコンゴムが０．０５ｋＮ／ｍｍ2であるのに比べて２００ｋＮ／ｍｍ2前後）。このことはすなわち、鋼が他の材料に比べて既定の体積内にはるかに多くのエネルギーを貯えることができるということを意味している。その一方で、鋼などのようなヤング率の高い材料が使用される場合、既定のエネルギーを貯えるのにはるかに小さい圧縮距離しか必要とされない。ここで求められている動作振幅のためには、鋼の膨張を本発明のアクチュエータ素子によって容易に、詳細にはチューブ１０３を破断させることなく又は鋼を可塑的にかつ不可逆的に変形させることなく行なうことができる。鋼はさらに、チューブ１０３に高い機械的安定性が得られるという利点も提供する。
【０１０１】
環状の圧電素子１１４がチューブ１０３と同軸に配設されることから、結果として得られる力のベクトルはチューブの断面の中心にあり、チューブの中心軸（ｘ軸）の方向を指す。したがってチューブ１０３の湾曲が誘発されることは全くなく、チューブの膨張とその後の弾性緩和のみがもたらされる。湾曲が回避されるため、マイクロキャピラリ１０１の先端部のｙ方向及びｚ方向でのたわみは妨げられ、こうして中ぐり直径及び断面幅は小さく保たれる。
【０１０２】
図５は、図３及び４の器具のために使用可能である一連の圧電素子であるアクチュエータ素子の配設及び接続の一例を示している。電圧下で膨張するように分極されている４つの円環状圧電素子１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ及び１１４ｄが使用される。素子の面には銀電極が具備されている。電圧は、延在する接触板１２２、１２３、１２４を伴う環状金属シムディスクを介して、電極に印加される。接点１２２及び１２３は正に分極され、同軸ケーブルの内部ラインに接続され、接点１２４は負に分極され、ケーブルの外部ラインに接続されている。圧電素子１１４の積層の後方端部は、金属性のカウンタサポート１１５との電気的接触を介して負に分極され、このカウンタサポート１１５は外部ラインと接触状態にある。積層の前方端部は同様に、円錐形環セグメント１１２と電気的接触状態にある金属製円錐ディスク１１３、キャピラリチューブ１０３、金属製のネジ山付き外皮１０９及びカウンタサポート１１５を介して負に分極されている。
【０１０３】
圧電素子１１４の膨張は、印加される電圧に正比例する。一般に、例えば２μｍなどの所望の動作振幅は、４個未満の圧電素子１１４を用いて達成可能である。ただし、このとき、印加すべき電圧の所要値は増大する。同じタイプ１１４の２個の圧電素子について、値は１０００Ｖであり、４個の要素については５００Ｖ、８個の圧電素子１１４については２５０Ｖである。５００Ｖ超又は５００Ｖよりはるかに高い電圧が作動電力として必要とされる場合には、所要の電子的構成要素のコストは著しく増大する。２５０Ｖでは、５００Ｖの電気機器と比べて倹約できるコストは、追加された圧電素子１１４の個数に起因して上昇するコストと比べれば無視できる程度ものである。したがって、細胞穿孔機６の好ましい作動電圧は３００Ｖ〜６００Ｖ、好ましくは５００Ｖである。ただし、記述されている通り、他の値も同様に好ましい。詳細には、論述された２μｍ未満、詳細には１μｍ以下の動作振幅でも細胞穿孔機６を充分に作動させることができるということが示されてきた。振幅については、上述の例を参照のこと。
【０１０４】
圧電素子１１４は、結晶偏向の主方向に対応する電界強度を有する水晶を含む。こうして、これらの圧電素子を膨張方向に接触させなくてはならない。こうして、平坦な表面、すなわち圧電素子１１４の面上に接点を提供できるという利点が得られる。そうでなければ、異なるタイプの圧電素子をその円周方向側面を介して接触させなくてはならず、これはよりコストが高くつくが、本発明に係る器具の一部の構成においてはその他の利点を提供する。
【０１０５】
図６は、本発明に係るシステム２００の一実施形態を概略的に示している。システム２００は、それに適応されている図６の器具（「細胞穿孔機」）などのツール動作を生成するための器具２０１を含む。この器具２０１は、ここではガラスキャピラリであるツール２０３が固定されているツール区分２０２を含み、好ましくはユーザーの選択によって単一の循環動作、一連の循環動作又は周期的循環動作であり得る２つの両矢印によって表わされたｘ軸に沿った循環動作を行うように構成されている。器具２０１は、取付け用ネジ２０５を用いて接続部材２０４に取外し可能な形で取付けられ、この接続部材２０４は、補給動作装置２０６の可動部品２０６ａに固定されており、この補給動作装置は可動部品２０６ａを、図６の左方向に軸方向に沿って補給動作駆動機構の圧電素子（図示せず）を用いて移動させることができ、圧電素子は頑丈なスタンド２０６ｂに部分的に固定され、このスタンドによって器具２０１と補給動作装置２０６は床上に保持されている。このようにして、補給動作装置２０６はツール区分２０２にリンクされている。
【０１０６】
器具２０１は、ケーブル２０７とコネクタ２０８を介して第１の制御装置２０９に接続されており、これらのケーブル及びコネクタは、器具２０１の少なくとも１つのアクチュエータ素子（図示せず）に所望される変位に応じて６００Ｖ前後である供給電圧を器具２０１に提供する。こうして、器具２０１の供給電圧の時間的進行を制御することにより、ツール２０３を伴うツール区分２０２の循環動作を制御することができる。補給動作装置２０６は、ケーブル２１０とコネクタ２１１を介して第２の制御装置２１２に接続されており、これらのケーブル及びコネクタは補給動作装置２０６の圧電素子（図示せず）の所望の変位に応じて、同じく６００Ｖ前後である供給電圧を補給動作装置２０６に提供する。こうして、補給動作装置２０６の供給電圧の時間的進行を制御することにより、ツール２０３を伴うツール区分２０２の補給動作を制御することができる。
【０１０７】
システム２００の組合せ動作は、器具２０１及び循環動作に割当てられた第１の制御装置２０９の適切な構成を提供することによって及び補給動作装置２０６及び補給動作に割当てられた第２の制御装置２１２の適切な構成をさらに提供することによって実現される。この目的のため、第１の制御装置２０９及び第２の制御装置２１２は、データ交換用のインタフェースである対話手段２１３、２１４をそれぞれ提供することにより互いに対話するようにそれぞれ構成されている。さらに、制御装置２０９、２１２は、それぞれの制御装置のデータメモリー区分（図示せず）内に記憶され得るか又はその他の形で制御装置に提供され得るプログラムコードを用いて制御可能である対話用の電気回路をそれぞれ含んでいる。両方の制御装置２０９及び２１２共、システム制御装置２１５の一部であり、このシステム制御装置は制御装置を制御し、したがってシステム２００により実現される組合せ動作及び動作パターンを制御する。
【０１０８】
システム２００は、例えば、第１の制御装置２０９により制御される循環動作により組合せ動作が開始され得るような形で構成されている。循環動作の間、第１の時点で、第１の制御装置は、ソフトウェアーハンドシェークを用いて、補給動作の開始時点であり得る第２の時点において補給動作装置２０６の補給動作をトリガーする。このことはすなわち、第２の制御装置が、対話ケーブル２１５’を介して交換されるデータフローを評価し、補給動作の開始をトリガーする制御信号を探すことを意味している。第３の時点、例えば補給動作が終了した時点で、第２の制御装置２１２は、既定の動作パターンが終了するまでソフトウェアーハンドシェークなどによって後続する循環動作をトリガーする。対話ケーブル２１５’はＲＳ２３２接続を使用するが、ここでは例えば光ケーブル、無線又はその他のケーブル接続などのその他の接続タイプが可能である。
【０１０９】
ユーザーが組合せ動作に影響を与えることができるようにするため、好ましくは少なくとも１つの組合せ動作を用いて動作パターンを調整できるようにユーザー入力手段及び／又は出力手段、例えばディスプレイ、スピーカー、ＬＥＤなどをシステム制御装置２１５に具備することができる。例えば、ユーザーは、第１又は第２の制御装置における又は例えばＰＣなどの外部制御装置とのデータ交換のため入力手段又はインタフェース（図示せず）を介して動作パターンをプログラミングしてもよい。その上、ユーザーが足でペダルを踏んで或る種のプロセス例えば組合せ動作を開始させるために、ペダルを提供してもよい。システムは好ましくは、例えばペダルなどの一部の入力手段の信号に割当てられたプロセスをユーザーが一時的に変更及び定義できるように構成されている。この実施形態では、第２の制御装置を伴う補給動作装置は、詳細には動作パターンのプログラミングを可能にするためのユーザー対話を可能にするように構成される。したがって、第２の制御装置を伴う補給動作装置はシステム２００の組合せ動作を生成するためのデータを提供する。第２の制御装置は、パルス動作の強度（振幅）、周波数及びパルス数についてのデータを第１の制御装置に送り、ここでは、ハンドシューキング方法がパルス及び補給動作の時間的調整を制御する。
【０１１０】
図７ａに示されているように、動作パターンは組合せ動作の反復的シーケンスを含むことができ、図７ａの動作パターンには４つの組合せ動作が含まれる。動作パターンの最後の組合せ動作の後にユーザーによって決定されるか又は動作パターンによって決定される１つの時点において、ツール区分は図の右側の下降する傾斜区分により表わされるその開始位置まで復帰する。組合せ動作には単一の循環動作（図中最初のスパイク）とそれに続く補給動作（図中最初の傾斜区分）が含まれ、循環動作及び補給動作は、実質的に休止や重複無しで継続的に行われる。図７ｂでは、動作パターンの合計３つの循環動作の最初の循環動作の開始により、連続的補給動作が開始され、循環動作及び補給動作は完全に重複している。図７ｃでは、後続する４つの循環動作を含む組合せ動作が示されており、最後の循環動作が連続的補給動作の開始をトリガーする。本発明に係るシステムによって、例えば或る種の生体細胞に貫入する場合など所望の技術的要件に対する組合せ動作及び動作パターンの最適化を可能にする他の数多くの動作パターンを実現することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に生体細胞材料に対する作業向けにツール（１０１；２０３）の動作を生成するためのシステム（２００）において、
前記システム（２００）は、
ツール（１０１；２０３）を配設できるツール区分（１０２；２０２）と、ツール区分（１０２；２０２）を移動させるように配設された少なくとも１つのアクチュエータ素子（１１４）とを提供する器具（６；２０１）と、
少なくとも１つのアクチュエータ素子（１１４）を用いて、ツール区分の第１の位置から開始して、ツール区分を第２の位置まで移動させ、かつツール区分を第２の位置から第３の位置に向かって移動させるツール区分（１０２；２０２）のパルス動作を器具（６；２０１）に行わせるように構成された制御手段（２０９）を提供するシステム制御装置（２１５）と、
ツール区分（１０２；２０２）にリンクされ、ツール区分の補給動作を提供することのできる補給動作装置（２０６）とを含み、
前記システム制御装置（２１５）は、ツール区分（１０２；２０２）の補給動作を補給動作装置（２０６）に行わせるように構成されている制御手段（２１２）を提供し、かつ、前記システム制御装置（２１５）は、補給動作とパルス動作を含む組合せ動作をツール区分に行わせるように構成されている制御手段を提供しており、パルス動作中の第１の時点と補給動作中の第２の時点の間の時間的推移は既定であり、システム制御装置により提供されている、システム。
【請求項２】
少なくとも１つのアクチュエータ素子が圧電素子を含み、器具が、ｘ軸に沿った実質的に線形の動作であるパルス動作を行うように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
補給動作装置が圧電素子を含み、ｘ軸に沿った実質的に線形の動作である補給動作を行うように構成されている、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
ｘ軸に沿った実質的に線形の組合せ動作を行うように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
システム制御装置が、器具のパルス動作を制御する第１の制御装置と補給動作装置の補給動作を制御する第２の制御装置とを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
詳細には組合せ動作を協調させるため第１の制御装置と第２の制御装置の間でハンドシューキング方法を行うように構成されたシステムを有することによって、詳細には前記第１の時点で第１及び第２の制御装置にそれぞれ信号又はデータを交換させ、第１の制御装置に補給動作の進行に影響を与えさせ、かつ第２の制御装置にパルス動作の進行に影響を与えさせるように構成されている対話手段を含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
対話手段がデータ交換のためのデータインタフェースを含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
器具及び補給動作装置が別個の装置であり、第１の制御装置が器具に割当てられ、第２の制御装置が補給動作装置に割当てられており、両方の装置共に対話のために接続可能である、請求項５〜７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
組合せ動作を行う前に既定されているタイムスケジュールにしたがって組合せ動作を制御する上で補助するタイマー装置を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
制御手段が、詳細には対応するプログラムコードによって組合せ動作を行うように構成されており、器具がｘ軸に沿ったパルス動作の振幅を提供するように構成されており、補給動作装置が、ｘ軸に沿った補給動作の振幅を提供するように構成されており、前記振幅が組合せ動作の対応するパルス動作の振幅以上である、請求項１〜９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
制御手段が、詳細には対応するプログラムコードによって第１の動作パターン内で組合せ動作を行うように構成されており、このパターンでは、Ｎ１回の完全なパルス動作が器具により実施され、最後のパルス動作の終りが前記「第１の時点」を表わし、この時点は時間周期Ｔ２中の連続補給動作であり得るか又は補給動作の無い複数の時点により中断されるＮ２回の補給動作周期を含む補給動作であり得る１補給動作の開始時点である「第２の時点」に実質的に対応しており、Ｎ１及びＮ２は好ましくは１であるか又は｛１、２、３、…Ｎ｝の中から取られ、Ｎは任意の自然数である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
制御手段が、詳細には対応するプログラムコードによって第２の動作パターン内で組合せ動作を行うように構成されており、このパターンでは、Ｎ３対のＮ１回パルス動作とＮ２回の補給動作の一連の組合せが実施され、Ｎ１は好ましくは１又は５未満であり、Ｎ２は好ましくは１であり、Ｎ３は好ましくは範囲〔１−３〕、〔３−５〕、〔５−１０〕、〔１０−２０〕又はそれ以上の範囲から選択されており、一般にＮ１、Ｎ２、及びＮ３は好ましくは｛１、２、３、…Ｎ｝の中から取られ、Ｎは任意の自然数である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
制御手段が、プログラムコードを記憶するためのデータメモリー手段と、少なくとも１つの組合せ動作又は少なくとも１つの組合せ動作を含む動作パターンをシステム制御装置に行わせるように適応されている少なくとも１つのプログラムコードとを含んでいる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
ユーザー入力手段を含み、ユーザー入力手段を用いてユーザーにプログラムコードに影響を与えさせるように構成されている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
特に生体細胞材料に対する作業向けにシステムのツール区分の動作を生成するための方法において、システムには、ツールを配設できるツール区分とツール区分を移動させるように配設された少なくとも１つのアクチュエータ素子とを提供する器具が含まれ、システムには、少なくとも１つのアクチュエータ素子を用いて、ツール区分の第１の位置から開始して、ツール区分を第２の位置まで移動させ、かつツール区分を第２の位置から第３の位置に向かって移動させるツール区分のパルス動作を器具に行わせるように構成された制御手段を提供するシステム制御装置が含まれ、システムがさらには、ツール区分にリンクされ、ツール区分の補給動作を提供することのできる補給動作装置を提供しており、システム制御装置が、ツール区分の補給動作を補給動作装置に行わせるように構成されている制御手段を提供している方法であって、
補給動作とパルス動作を含むツール区分の組合せ動作をシステム制御装置の制御手段に実施させる制御手段であって、パルス動作中の第１の時点と補給動作中の第２の時点の間の時間的推移は既定であり、システム制御装置により提供されているステップと、
好ましくは組合せ動作を行う前に時間的推移を既定し、システム制御装置を用いて時間的推移を提供するステップと、を含む方法。
【請求項１】
特に生体細胞材料に対する作業向けにツール（１０１；２０３）の動作を生成するためのシステム（２００）において、
前記システム（２００）は、
ツール（１０１；２０３）を配設できるツール区分（１０２；２０２）と、ツール区分（１０２；２０２）を移動させるように配設された少なくとも１つのアクチュエータ素子（１１４）とを提供する器具（６；２０１）と、
少なくとも１つのアクチュエータ素子（１１４）を用いて、ツール区分の第１の位置から開始して、ツール区分を第２の位置まで移動させ、かつツール区分を第２の位置から第３の位置に向かって移動させるツール区分（１０２；２０２）のパルス動作を器具（６；２０１）に行わせるように構成された制御手段（２０９）を提供するシステム制御装置（２１５）と、
ツール区分（１０２；２０２）にリンクされ、ツール区分の補給動作を提供することのできる補給動作装置（２０６）とを含み、
前記システム制御装置（２１５）は、ツール区分（１０２；２０２）の補給動作を補給動作装置（２０６）に行わせるように構成されている制御手段（２１２）を提供し、かつ、前記システム制御装置（２１５）は、補給動作とパルス動作を含む組合せ動作をツール区分に行わせるように構成されている制御手段を提供しており、パルス動作中の第１の時点と補給動作中の第２の時点の間の時間的推移は既定であり、システム制御装置により提供されている、システム。
【請求項２】
少なくとも１つのアクチュエータ素子が圧電素子を含み、器具が、ｘ軸に沿った実質的に線形の動作であるパルス動作を行うように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
補給動作装置が圧電素子を含み、ｘ軸に沿った実質的に線形の動作である補給動作を行うように構成されている、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
ｘ軸に沿った実質的に線形の組合せ動作を行うように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
システム制御装置が、器具のパルス動作を制御する第１の制御装置と補給動作装置の補給動作を制御する第２の制御装置とを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
詳細には組合せ動作を協調させるため第１の制御装置と第２の制御装置の間でハンドシューキング方法を行うように構成されたシステムを有することによって、詳細には前記第１の時点で第１及び第２の制御装置にそれぞれ信号又はデータを交換させ、第１の制御装置に補給動作の進行に影響を与えさせ、かつ第２の制御装置にパルス動作の進行に影響を与えさせるように構成されている対話手段を含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
対話手段がデータ交換のためのデータインタフェースを含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
器具及び補給動作装置が別個の装置であり、第１の制御装置が器具に割当てられ、第２の制御装置が補給動作装置に割当てられており、両方の装置共に対話のために接続可能である、請求項５〜７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
組合せ動作を行う前に既定されているタイムスケジュールにしたがって組合せ動作を制御する上で補助するタイマー装置を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
制御手段が、詳細には対応するプログラムコードによって組合せ動作を行うように構成されており、器具がｘ軸に沿ったパルス動作の振幅を提供するように構成されており、補給動作装置が、ｘ軸に沿った補給動作の振幅を提供するように構成されており、前記振幅が組合せ動作の対応するパルス動作の振幅以上である、請求項１〜９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
制御手段が、詳細には対応するプログラムコードによって第１の動作パターン内で組合せ動作を行うように構成されており、このパターンでは、Ｎ１回の完全なパルス動作が器具により実施され、最後のパルス動作の終りが前記「第１の時点」を表わし、この時点は時間周期Ｔ２中の連続補給動作であり得るか又は補給動作の無い複数の時点により中断されるＮ２回の補給動作周期を含む補給動作であり得る１補給動作の開始時点である「第２の時点」に実質的に対応しており、Ｎ１及びＮ２は好ましくは１であるか又は｛１、２、３、…Ｎ｝の中から取られ、Ｎは任意の自然数である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
制御手段が、詳細には対応するプログラムコードによって第２の動作パターン内で組合せ動作を行うように構成されており、このパターンでは、Ｎ３対のＮ１回パルス動作とＮ２回の補給動作の一連の組合せが実施され、Ｎ１は好ましくは１又は５未満であり、Ｎ２は好ましくは１であり、Ｎ３は好ましくは範囲〔１−３〕、〔３−５〕、〔５−１０〕、〔１０−２０〕又はそれ以上の範囲から選択されており、一般にＮ１、Ｎ２、及びＮ３は好ましくは｛１、２、３、…Ｎ｝の中から取られ、Ｎは任意の自然数である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
制御手段が、プログラムコードを記憶するためのデータメモリー手段と、少なくとも１つの組合せ動作又は少なくとも１つの組合せ動作を含む動作パターンをシステム制御装置に行わせるように適応されている少なくとも１つのプログラムコードとを含んでいる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
ユーザー入力手段を含み、ユーザー入力手段を用いてユーザーにプログラムコードに影響を与えさせるように構成されている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
特に生体細胞材料に対する作業向けにシステムのツール区分の動作を生成するための方法において、システムには、ツールを配設できるツール区分とツール区分を移動させるように配設された少なくとも１つのアクチュエータ素子とを提供する器具が含まれ、システムには、少なくとも１つのアクチュエータ素子を用いて、ツール区分の第１の位置から開始して、ツール区分を第２の位置まで移動させ、かつツール区分を第２の位置から第３の位置に向かって移動させるツール区分のパルス動作を器具に行わせるように構成された制御手段を提供するシステム制御装置が含まれ、システムがさらには、ツール区分にリンクされ、ツール区分の補給動作を提供することのできる補給動作装置を提供しており、システム制御装置が、ツール区分の補給動作を補給動作装置に行わせるように構成されている制御手段を提供している方法であって、
補給動作とパルス動作を含むツール区分の組合せ動作をシステム制御装置の制御手段に実施させる制御手段であって、パルス動作中の第１の時点と補給動作中の第２の時点の間の時間的推移は既定であり、システム制御装置により提供されているステップと、
好ましくは組合せ動作を行う前に時間的推移を既定し、システム制御装置を用いて時間的推移を提供するステップと、を含む方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図７ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図７ｃ】
【公表番号】特表２０１３−５０４３３４（Ｐ２０１３−５０４３３４Ａ）
【公表日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２９１６４（Ｐ２０１２−５２９１６４）
【出願日】平成２２年１２月２３日（２０１０．１２．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００７９１９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７６４２３
【国際公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（５０１１８６６４５）エッペンドルフ アクチェンゲゼルシャフト (9)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２３日（２０１０．１２．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００７９１９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７６４２３
【国際公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（５０１１８６６４５）エッペンドルフ アクチェンゲゼルシャフト (9)
【Ｆターム（参考）】
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