マイクロインジェクション装置
【課題】インジェクション動作の際に微小針を操作するマニピュレータなどに微小針を短時間で取り付けることができると共に、微小針の破損及び汚染を抑制できるマイクロインジェクション装置の提供を課題とする。
【解決手段】導入物質が充填され所定の待機位置に配置された微小針１０を着脱自在に把持し、所定の導入準備位置まで搬送する微小針搬送手段１２と、所定の導入準備位置に配置された微小針１０を着脱自在に把持し、微小針１０の先端を被導入体１３に挿入及び抜脱するマニピュレータ１４と、マニピュレータ１４によって把持されている微小針１０の内部に所定の圧力を加えることによって、微小針１０内の導入物質を吐出させる導入物質吐出手段１５と、を備えている。
【解決手段】導入物質が充填され所定の待機位置に配置された微小針１０を着脱自在に把持し、所定の導入準備位置まで搬送する微小針搬送手段１２と、所定の導入準備位置に配置された微小針１０を着脱自在に把持し、微小針１０の先端を被導入体１３に挿入及び抜脱するマニピュレータ１４と、マニピュレータ１４によって把持されている微小針１０の内部に所定の圧力を加えることによって、微小針１０内の導入物質を吐出させる導入物質吐出手段１５と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロインジェクション装置に係り、更に詳細には、微小針を用いて、細胞などの微細粒子内に遺伝子溶液や薬剤溶液などを導入するマイクロインジェクション技術や、細胞分析などのバイオ分野における微粒子搬送技術に好適なマイクロインジェクション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
再生医療や新薬開発等の分野においては，細胞に所定の物質を導入してその効果の有無を検証する物質導入技術が用いられている。
【０００３】
従来の物質導入技術は，ウィルスベクター法やリポフェクション法によって代表される。これらの方法では、導入対象となる細胞及び導入すべき導入物質全体をひとつの塊として取り扱っていた。このような物質導入方法を、バッチ式物質導入法という。
【０００４】
このバッチ式物質導入法は、操作が簡便な反面、一回の導入実験で使用する細胞及び導入物質の量が多くなる。従って、貴重な細胞や試薬を使用する場合には不向きであった。従って、バッチ式物質導入法は、今後要求される微量薬剤の導入による効果の検証に適用できないという問題がある。
【０００５】
一方、今後は、微量の細胞および導入液体を用いて、多くのパターンの実験を行う必要があると考えられる。このような背景から、１０5〜１０6個程度の大量の細胞などの粒子に、個々に定量の導入物質を無菌的、且つ短時間で確実に導入する技術が要求されている。
【０００６】
そこで、個々の細胞などに、定量の導入物質を導入することができる技術として、マイクロインジェクション法が提案されている（例えば、非特許文献１〜３参照。）。このマイクロインジェクション法は、人工授精などの分野では一般的に用いられている。
【０００７】
また、従来、マイクロインジェクション法によって導入物質を個々の細胞に導入するマイクロインジェクション装置が提案されている。
【０００８】
マイクロインジェクション装置は、マニュピレータによって微小針を操作し、微小針内に充填されている導入物質を細胞などの粒子内に導入するように構成されている。
【非特許文献１】伊藤 紗弥、マイクロインジェクション、［online］、［平成１８年４月１４日検索］、インターネット＜URL:http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/bnsikato/protocol/7-3.html＞
【非特許文献２】斉藤 美佳子、単一細胞操作支援ロボットを用いたES細胞へのナノインジェクション、［online］、［平成１８年４月１４日検索］、インターネット＜URL:http://www.nanonet.go.jp/japanese/mailmag/2005/081b.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来のマイクロインジェクション装置は、マニュピレータに対する微小針を取り付けを手作業で行っていた。このため、微小針の取り付け及び交換に長時間を要するという問題があった。
【００１０】
また、従来のマイクロインジェクション装置では、マニュピレータに微小針を取り付け
る際に、手指が針先に接触して針先が破損及び汚染されるおそれがあった。
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、マニュピレータなどに微小針を短時間で取り付けることができると共に、微小針の破損及び汚染を抑制できるマイクロインジェクション装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明は、
微小針の内部に充填された導入物質を被導入体に導入するマイクロインジェクション装置において、
前記導入物質が充填され所定の待機位置に配置された前記微小針を着脱自在に把持し、所定の導入準備位置まで搬送する微小針搬送手段と、
前記所定の導入準備位置に配置された前記微小針を着脱自在に把持し、前記微小針の先端を前記被導入体に挿入及び抜脱する微小針挿抜手段と、
前記微小針挿抜手段によって把持されている前記微小針内の前記導入物質に所定の圧力を加えることによって、前記微小針内の前記導入物質を吐出させる導入物質吐出手段と、
を備える。
【００１３】
微小針のガラス管は、外径が１．０〜１．２ｍｍ程度、内径が０．５〜０．７ｍｍ程度で、針先の外径が１μｍ、内径が０．５μｍ程度のものを例示できる。
【００１４】
また、微小針挿抜手段として、微小針を互いに直交するＸ軸及びＹ軸方向、及び水平方向に対して斜めの方向に移動させるマニュピレータなどを例示できる。また、被導入体として、細胞などを例示できる。
【００１５】
本発明では、導入物質が充填され所定の待機位置に配置されている微小針を、微小針搬送手段によって所定の導入準備位置まで搬送する。次に、微小針の先端を微小針挿抜手段によって被導入体に挿入し、導入体吐出手段によって微小針内の被導入体に圧力をかけて被導入体に導入する。このように、本発明は、待機位置に配置された微小針の搬送から被導入体に導入体を導入するまでの動作を自動的に行うことができる。
【００１６】
従って、マニュピレータなどの微小針挿抜手段に対する微小針の取り付け及び交換を短時間で行うことができる。また、微小針に手指が触れることがないので、微小針の破損及び汚染を抑制できる。
【００１７】
ここで、前記微小針は針先を保護するキャップを有し、
前記微小針搬送手段は前記キャップを把持する構成にできる。
【００１８】
この構成によれば、キャップを微小針搬送手段で把持し、微小針を微小針挿抜手段で把持した状態で、微小針搬送手段を微小針挿抜手段から離れる方向に移動させることにより、キャップを微小針から簡単に取り外すことができる。
【００１９】
また、前記微小針は、中空のガラス管と、前記ガラス管の中間部を保持する第１の保持部、及び前記ガラス管の基部を把持する第２の保持部を有するホルダと、を有する構成にできる。
【００２０】
この構成により、ガラス管の基部と中間部の２箇所をホルダによって保持できるので、ガラス管を安定よく保持できる。
【００２１】
また、前記導入物質吐出手段は、前記微小針内の前記導入物質に圧力を加えるチューブを有し、
前記ホルダは、前記チューブを前記微小針内に案内する案内孔を有する構成にできる。
【００２２】
この構成により、チューブを微小針内に確実に挿入できる。従って、微小針内の導入物質を確実に吐出できる。
【００２３】
前記微小針挿抜手段は、前記微小針における中心軸線方向の位置決めを行う中心軸線方向位置決め手段と、前記微小針の前記中心軸線と直交する方向の位置決めを行う直交方向位置決め手段と、を有する構成にできる。
【００２４】
この構成により、微小針を常に同一の位置に保持できるので、微小針を交換した際に、微小針の取り付け位置を調整する必要がない。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、導入物質が充填され所定の待機位置に配置された微小針を微小針搬送手段で所定の導入準備位置まで搬送し、この微小針を微小針挿抜手段で把持して微小針の先端を被導入体に挿入し、導入物質吐出手段で微小針内の導入物質を被導入体に導入するまでの一連の動作を自動的に行うことができる。
【００２６】
従って、微小針挿抜手段に対する微小針の取付（把持）を短時間で行うことができるので、作業効率を高くできる。また、作業中に微小針に手指が接触することがないので、微小針が破損及び汚染されるのを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係るマイクロインジェクション装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本発明に係る実施の形態のマイクロインジェクション装置１を示す。このマイクロインジェクション装置１は、微小針１０の内部に充填された導入物質を被導入体１３に自動的に導入するように構成されている。
【００２９】
すなわち、このマイクロインジェクション装置１は、微小針１０の内部に導入物質を充填して所定の待機位置に配置する導入物質充填手段１１と、所定の待機位置に配置された微小針１０を着脱自在に把持し所定の導入準備位置まで搬送する微小針搬送手段１２と、所定の導入準備位置に配置された微小針１０を着脱自在に把持し、微小針１０の先端を被導入体１３に挿入及び抜脱する微小針挿抜手段としてのマニピュレータ１４と、このマニピュレータ１４によって把持されている微小針１０内の導入物質に所定の圧力を加えることによって、導入物質を微小針１０から吐出させる導入物質吐出手段１５とを備えている。
【００３０】
次に、上記各構成要素について説明する。微小針１０は、図２に示すように、極細のガラス管４１と、このガラス管４１を保持するホルダ４０とを有している。
【００３１】
ガラス管４１は、外径が１．０〜１．２ｍｍ程度、内径が０．５〜０．７ｍｍ程度の中空状に形成されている。また、ガラス管４１の先端部は鋭角に形成されている。ガラス管４１の針先の外径は１μｍ、内径は０．５μｍ程度に形成されている。
【００３２】
ホルダ４０は、ガラス管４１の中間部４１ｂを保持する第１の保持部４２と、ガラス管４１の基部４１ａを保持する第２の保持部４３とを有している。第１の保持部４２にには
、ガラス管４１を保護するキャップ４４が着脱自在に取り付けられている。キャップ４４は、テーパ状に形成されている。
【００３３】
第１の保持部４２と第２の保持部４３には、それぞれの対向部分に凹部４２と凸部４３が設けられている。これらの凹部４２ａと凸部４３ａとが嵌合されることにより、第１の保持部４２と第２の保持部４３とが接続されている。
【００３４】
第１の保持部４２は、略半分が円柱状で残りの半分が漏斗状に形成されている。この第１の保持部４２内に、ガラス管４１の基部４１ａが貫通して挿入されている。ガラス管４１の中間部４１ｂが、第１の保持部４２の先端部分に接着されて保持されている。この第１の保持部４２の一端には、フランジ４２ｂが設けられている。
【００３５】
第２の保持部４３は、円柱状に形成されている。この第２の保持部４３内における中間部まで、ガラス管４１の基部４１ａが挿入されている。ガラス管４１の基部４１ａは、第２の保持部４３に接着されて保持されている。
【００３６】
また、第２の保持部４３には、ガラス管４１の貫通孔４１ｃ（図９参照）に連続する案内孔４３ｂが設けられている。この案内孔４３ｂは、ガラス管４１側から外側に向けて徐々に拡がるテーパ状に形成されている。この第２の保持部４３の一端には、フランジ４３ｃが設けられている。
【００３７】
この微小針１０内に充填される導入物質として、遺伝子溶液や薬剤溶液などを例示できる。また、被導入体１３として、細胞及び細胞に類似する各種の粒子を例示できる。
【００３８】
導入物質充填手段１１は、図３に示すように、所定の方向Ｙに移動自在なカートリッジ２１と、このカートリッジ２１を移動させるカートリッジ移動機構２０と、カートリッジ２１の上方に配置された挿入管案内機構２２及び挿入管上下移動機構２３とを有している。
【００３９】
カートリッジ２１には、微小針１０を供給するマガジン、挿入管２４を供給するマガジン、微小針１０内に充填すべき溶液が収容されている溶液収容容器２５を供給するマガジン、及び挿入管取り外し部材２６とが設けられている。
【００４０】
微小針１０がカートリッジ２１によって保持されている状態では、図４に示すように、キャップ４４の上部側とホルダ４０とが、カートリッジ２１上に突出している。また、ホルダ４０とキャップ４４の上部側の周囲には、適宜な広さの空間が設けられている。これにより、後述のように、カートリッジ２１から突出しているキャップ４４の上部側を、微小針搬送手段１２のハンド３１で把持できる。
【００４１】
また、挿入管上下移動機構２３には、液体制御ポンプ２７が上下移動自在に設けられている。この液体制御ポンプ２７には、挿入管接続部２８が備えられている。
【００４２】
この導入物質充填手段１１では、まず、微小針１０と、挿入管２４と、溶液収容容器２５の各マガジンと、挿入管取り外し部２６とが、カートリッジ２１上に設けられたマガジンに各々搭載される。
【００４３】
次に、カートリッジ２１が水平移動され、挿入管２４が挿入管接続部２８を介して液体制御ポンプ２７に接続される。次に、カートリッジ２１がＹ方向に水平移動され、挿入管２４の先端が溶液収容容器２５内に挿入される。そして、液体制御ポンプ２７によって溶液収容容器２５内の溶液が吸引される。
【００４４】
次に、液体制御ポンプ２７及び挿入管２４が上昇され、カートリッジ２１が水平移動される。次に、挿入管２４が挿入管案内機構２２を介して、微小針１０内に挿入される。次に、液体制御ポンプ２７内の導入物質が、微小針１０内に放出される。これにより、微小針１０内に導入物質が充填される。
【００４５】
次に、液体制御ポンプ２７が上昇され、挿入管２４が微小針１０の上方に移動されるる。次に、カートリッジ２１が水平移動されて、挿入管２４が挿入管取り外し部２６まで移動される。次に、挿入管取り外し部２６によって、液体制御ポンプ２７に接続されている挿入管２４が取り外される。
【００４６】
このようにして、微小針１０に導入物質が充填された後、カートリッジ２１がＹ方向に移動され、微小針１０が所定の待機位置Ｐ１に配置される。すなわち、カートリッジ２１は、導入物質が充填された微小針１０を所定の待機位置Ｐ１に配置する待機位置配置手段として機能する。
【００４７】
図１の微小針搬送手段１２は、図５に示すように、所定の待機位置Ｐ１に配置された微小針１０を着脱自在に把持し、所定の導入準備位置Ｐ２まで搬送する。
【００４８】
この微小針搬送手段１２は、微小針１０を把持するハンド３１と、このハンド３１を上下移動させる上下移動部３２と、上下移動部３２を所定の旋回方向Ａに、所定の角度だけ旋回させる旋回部３３とを有している。
【００４９】
ハンド３１は、平行に配置された二枚の板部材３１ａ，３１ｂと、これらの板部材３１ａ，３１ｂを保持するアーム３１ｃと、板部材３１ａ，３１ｂを開閉させるモータやシリンダなどの駆動部３１ｄとを有している。また、板部材３１ａ，３１ｂの内面には、柔軟な緩衝材３１ｅが設けられている。
【００５０】
このハンド３１によってカートリッジ２１内の微小針１０を把持する際には、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、板部材３１ａ，３１ｂが開かれて、カートリッジ２１上のキャップ４４の両側に配置される。次に、板部材３１ａ，３１ｂが閉じられて、キャップ４４すなわち微小針１０が把持される。このとき、緩衝材３１ｅがテーパ状のキャップ４４に沿って変形する。これにより、キャップ４４に均一な把持力が作用する。
【００５１】
図５の上下移動部３２は、ベース３２ａと、ベース３２ａ内に設けられたシリンダ３２ｂとを有している。このシリンダ３２ｂのピストンには、ロッド３２ｃが取り付けられている。ロッド３２のｃの上端には、上記ハンド３１が取り付けられている。シリンダ３２ｂのピストンの伸縮によって、ハンド３１が上下移動される。
【００５２】
旋回部３３は、上下移動部３２の下端部に設けられている。この旋回部３３は、回転ドラム３３ａと、回転ドラム３３ａを両方向に回転させるモータ３３ｂとを有している。回転ドラム３３ａには、上下移動部３２のベース３２ａが取り付けられている。
【００５３】
回転ドラム３３ａの回転によって、上下移動部３２が略鉛直方向から所定の旋回位置まで旋回する。これにより、ハンド３１に把持されている微小針１０が、所定の待機位置から所定の導入準備位置まで搬送される。なお、回転ドラム３３ａの回転角度は任意に調整できる。
【００５４】
図１のマニピュレータ１４は、図７に示すように、本体５０と、この本体５０の先端に設けられた接続部５１と、所定の導入準備位置Ｐ２に配置された微小針１０を着脱自在に
把持するハンド５２とを有している。なお、図７中の符号１６は、マニュピレータ１４を互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動させるＸＹステージである。
【００５５】
本体５０とハンド５２は別体で形成され、同一のベース板５８に取り付けられている。また、接続部５１は、小径部５１ａと、この小径部５１ａの先端に設けられたＯリング５１ｂとを有している。
【００５６】
接続部５１は、本体５０内に設けられたシリンダによって、ハンド５２に把持されている微小針１０に接近及び離間する方向にスライド移動される。接続部５１が、微小針１０側に移動することにより、接続部５１の先端のＯリング５１ｂが、ハンド５２で把持されている微小針１０のホルダ４０におけるフランジ４３ｃの端面に押し付けられる。これにより、Ｏリング５１ｂが潰されて、微小針１０と接続部５１間の密封が保持される。
【００５７】
ハンド５２は、図８に示すように、微小針１０におけるホルダ４０の外周面の一部を支持する一対の支持部５３，５３と、ホルダ４０を支持部５３の反対側から押さえる押圧板５４と、押圧板５４に押圧力Ｆを加えるシリンダ５５とを有している。
【００５８】
支持部５３，５３には、それぞれＶ溝５３ａ，５３ａが設けられている。これらの一対のＶ溝５３ａ，５３ａによって、ホルダ４０における第１の保持部４２及び第２の保持部４３の外周面４２ｃ，４３ｄの一部が支持される。なお、支持部５３，５３間の隙間には、ホルダ４０のフランジ４２ｂが挿入される。
【００５９】
押圧板５４は、ホルダ４０における外周面４２ｃ，４３ｄに当接する一対の押圧片５４ａ，５４ａを有している。押圧片５４ａ，５４ａの間には、フランジ４２ｂを避ける切り欠き５４ｃが設けられている。また、押圧板５４の中間部には、微小針１０の中心軸線と略平行な回転軸５６が設けられている。
【００６０】
この押圧板５４は、回転軸５６の回転によって、微小針１０に接近及び離間する方向Ｃに旋回される。
【００６１】
このハンド５２によって把持された微小針１０は、マニピュレータ１４の接続部５１によって中心軸線方向に押圧される。これにより、ホルダ４０のフランジ４３ｃ，４２ｂが、支持部５３，５３の側面（支持面）５３ｂ，５３ｂに押圧される。これによって、微小針１０の中心軸線方向の位置決めが行われる。
【００６２】
すなわち、マニピュレータ１４の本体５０、及びハンド５３における支持部５３，５３の側面５３ｂ，５３ｂによって、微小針１０の中心軸線方向位置決め手段が構成されている。
【００６３】
また、押圧板５４によって、ホルダ４０の外周面４２ｃ，４３ｄがＶ溝５３ａ，５３ａの内面側に押圧される。これにより、微小針１０の中心軸線方向と直交する直交方向の位置決めが行われる。
【００６４】
すなわち、Ｖ溝５３ａ，５３ａ、押圧板５４及びシリンダ５５によって、微小針１０の中心軸線と直交する直交方向の位置決め手段が構成されている。
【００６５】
図７に示すように、微小針１０がマニピュレータ１４のハンド５２によって把持された後、微小針搬送手段１２のハンド３１がキャップ４４を把持したまま、微小針１０から離れる方向Ｗに後退する。これにより、キャップ４４が微小針１０から取り外される。
【００６６】
微小針１０内の導入物質を被導入体１３に導入する際には、図９に示すように、微小針１０がマニピュレータ１４によって把持されている状態で、微小針１０におけるガラス管４１の基部４１ａ側に、導入物質吐出手段１５に接続されたチューブ１５ａが挿入される。
【００６７】
このとき、チューブ１５ａは、微小針１０のホルダ４０における案内孔４３ｂによって案内されて、ガラス管４１内に挿入される。また、本実施形態では、ガラス管４１が、ホルダ４０の針挿入孔４３ｄの底面４３ｅに接するまで挿入される。
【００６８】
この針挿入孔４３ｄの底面４３ｅは、案内孔４３ｂの最小径部４３ｆと同一面に設けられている。これにより、案内孔４３ｂと針挿入孔４３ｄ管に隙間ができないので、チューブ１５ａがガラス管４１内に確実に挿入される。
【００６９】
微小針１０内にチューブ１５ａが挿入された後、マニピュレータ１４によって微小針１０が操作される。そして、図１に示すように、微小針１０におけるガラス管４１の先端が、トレー１７上の被導入体１３に挿入される。
【００７０】
次に、導入物質吐出手段１５が作動し、チューブ１５ａを介して微小針１０内の導入物質に圧力が加えられる。これにより、導入物質が微小針１０から吐出され、被導入体１３に導入される。なお、導入物質吐出手段１５としては、小型の送風機又は圧縮機など適宜な加圧手段を使用できる。
【００７１】
微小針１０内の導入物質が被導入体１３内に導入された後、微小針挿抜手段１４によって微小針１０が導入準備位置Ｐ２に配置される。そして、微小針搬送手段１２に把持されているキャップ４４が、微小針１０に装着される。この微小針１０は、マニピュレータ１４によって回収容器１８に排出されて回収される。
【００７２】
〈処理フロー〉
図１０は、このマイクロインジェクション装置１の処理フローを示す。この処理では、先ず微小針内に導入物質が充填される（Ｓ１）。次に、微小針が所定の待機位置に配置される（Ｓ２）。
【００７３】
次に、微小針が微小針搬送手段によって把持され、所定の導入準備位置に配置される（Ｓ３）。次に、微小針がマニピュレータで把持される（Ｓ４）。
【００７４】
次に、微小針のキャップが取り外される（Ｓ５）。次に、マニピュレータによってインジェクション動作が実行され、微小針内の導入物質が被導入体に導入される（Ｓ６）。
【００７５】
次に、微小針にキャップが装着される（Ｓ７）。次に、微小針が回収容器に排出されて回収、廃棄される（Ｓ８）。この後、上記と同様な処理が繰り返し行われる。なお、被導入体１３は、手動又は自動で供給される。
【００７６】
このように、本発明のマイクロインジェクション装置１は、マニピュレータ１４に対する微小針１０の取り付けを自動的に行うことができる。従って、微小針１０の取り付け及び交換作業を短時間で行うことができる。
【００７７】
また、導入物質が充填された微小針１０を待機位置から導入準備位置まで搬送する動作、微小針１０をマニピュレータ１４に取り付ける動作、微小針１０内の導入物質を被導入体１３に導入する動作、及び微小針１０を回収する動作を、自動的に行うことができる。従って、微小針１０に手指が接触することがないので、微小針１０が破損及び汚染するの
を抑制できる。
【００７８】
更に、マニピュレータ１４に取り付けられる微小針１０は、中心軸線方向及び中心軸線方向と直交する直交方向の位置決めが行われるので、微小針１０を交換した際に、微小針１０における針先の位置が変わるのを防止できる。
【００７９】
従って、従来のように、微小針１０を交換する毎に、微小針１０の位置調整を行う必要がないので、作業効率を向上させることができる。
【００８０】
更に、このマイクロインジェクション装置１によれば、個々の細胞へのアクセスと、細胞のような微小粒子の搬送を同一装置内で実現できる。従って、個々の細胞を認識したままで、大量の細胞に物質を導入することが可能になる。
【００８１】
なお、上記実施形態では、導入物質充填手段１１を備えた場合について説明した。本発明は、導入物質充填手段１１を含まずに構成することができる。この場合は、手動又は適宜な手段によって、微小針１０を所定の待機位置Ｐ１に配置すればよい。
【００８２】
また、本発明のマイクロインジェクション装置は、以下の付記的事項を含むものである。
【００８３】
〔その他〕
本発明は、以下のように特定することができる。
【００８４】
（付記１）微小針の内部に充填された導入物質を被導入体に導入するマイクロインジェクション装置において、
前記導入物質が充填され所定の待機位置に配置された前記微小針を着脱自在に把持し、所定の導入準備位置まで搬送する微小針搬送手段と、
前記所定の導入準備位置に配置された前記微小針を着脱自在に把持し、前記微小針の先端を前記被導入体に挿入及び抜脱する微小針挿抜手段と、
前記微小針挿抜手段によって把持されている前記微小針内の前記導入物質に所定の圧力を加えることによって、前記微小針内の前記導入物質を吐出させる導入物質吐出手段と、
を備えるマイクロインジェクション装置。
【００８５】
（付記２）前記微小針は針先を保護するキャップを有し、
前記微小針搬送手段は前記キャップを把持する付記１に記載のマイクロインジェクション装置。
【００８６】
（付記３）前記微小針挿抜手段によって把持されている前記微小針を回収する微小針回収手段を、
更に備える付記１に記載のマイクロインジェクション装置。
【００８７】
（付記４）前記微小針は、ガラス管と、前記ガラス管の中間部を保持する第１の保持部、及び前記微小針の基部を把持する第２の保持部を有するホルダと、を有する付記１に記載のマイクロインジェクション装置。
【００８８】
（付記５）前記導入物質吐出手段は、前記微小針内の前記導入物質に圧力を加えるチューブを有し、
前記ホルダは、前記チューブを前記微小針内に案内する案内孔を有する付記４に記載のマイクロインジェクション装置。
【００８９】
（付記６）前記ホルダは、前記微小針の基部側を挿入する挿入孔を有し、前記挿入孔の底面に前記微小針の端面が当接する付記４に記載のマイクロインジェクション装置。
【００９０】
（付記７）前記挿入孔の底面は、前記案内状の孔における最小径部と同一面に設けられている付記６に記載のマイクロインジェクション装置。
【００９１】
（付記８）前記ホルダは、外周面が円形に形成されると共に、前記外周面から側方に突出するフランジ部を有する付記４に記載のマイクロインジェクション装置。
【００９２】
（付記９）前記微小針挿抜手段は、前記微小針における中心軸線方向の位置決めを行う中心軸線方向位置決め手段と、前記微小針における前記中心軸線と直交する方向の直交方向位置決め手段と、を有する付記４に記載のマイクロインジェクション装置。
【００９３】
（付記１０）前記中心軸線方向位置決め手段は、前記微小針を中心軸線方向に押圧するシリンダと、前記ホルダにおける前記フランジ部の端面を支持する支持面を有し、
前記直交方向位置決め手段は、前記ホルダの前記外周面を支持するＶ溝と、前記外周面を前記Ｖ溝の反対側から押圧する押圧手段とを有する付記９に記載のマイクロインジェクション装置。
【００９４】
（付記１１）前記押圧手段は、前記ホルダの前記外周面に当接する板部材と、前記板部材を前記ホルダの外周面に対して接近または離間する方向に回転自在に支持する回転軸と、前記板部材を前記ホルダの外周面側に付勢するシリンダと、を有する付記１０に記載のマイクロインジェクション装置。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明に係るマイクロインジェクション装置を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る微小針を示す断面図である。
【図３】本発明に係る導入物質充填手段を示す図である。
【図４】本発明に係るカートリッジに収容されている微小針を示す図である。
【図５】本発明に係る微小針搬送手段を示す斜視図である。
【図６】図６（Ａ）は本発明に係るカートリッジに収容されている微小針を微小針搬送手段のハンドで把持する状態を示す図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ矢視図である。
【図７】本発明に係る微小針挿抜手段で微小針を把持する状態を示す図である。
【図８】本発明に係る微小針挿抜手段のハンドを示す斜視図である。
【図９】本発明に係る微小針の案内孔を示す断面図である。
【図１０】本発明に係る処理フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９６】
１ マイクロインジェクション装置
１０ 微小針
１１ 導入物質充填手段
１２ 微小針搬送手段
１３ 被導入体
１４ マニピュレータ
１５ 導入物質吐出手段
１５ａ チューブ
１６ ＸＹステージ
１７ トレー
１８ 回収容器
２０ カートリッジ移動機構
２１ カートリッジ
２２ 挿入管案内機構
２３ 挿入管上下移動機構
２４ 挿入管
２５ 溶液収容容器
２６ 挿入管取り外し部
２７ 液体制御ポンプ
２８ 挿入管接続部
３１ 微小針搬送手段のハンド
３１ａ，３１ｂ 板部材
３１ｃ アーム
３１ｄ 駆動部
３１ｅ 緩衝材
３２ 上下移動部
３２ａ ベース
３２ｂ シリンダ
３２ｃ ロッド
３３ 回転部
３３ａ 回転ドラム
３３ｂ モータ
４０ ホルダ
４１ ガラス管
４１ａ 基部
４１ｂ 中間部
４１ｃ 孔
４２ 第１の保持部
４２ａ 凹部
４２ｂ フランジ
４２ｃ 外周面
４３ 第２の保持部
４３ａ 凸部
４３ｂ 案内孔
４３ｃ フランジ
４３ｄ 針挿入孔
４３ｅ 底面
４３ｆ 案内孔の最小径部
４４ 微小針のキャップ
５０ マニピュレータの本体
５１ 接続部
５１ａ 小径部
５１ｂ リング
５２ ハンド
５３ 支持部
５３ａ 溝
５３ｂ 側面
５４ 押圧板
５４ａ 押圧片
５４ｃ 切り欠き
５５ シリンダ
５６ 回転軸
５８ ベース板
Ｐ１ 所定の待機位置
Ｐ２ 所定の導入準備位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロインジェクション装置に係り、更に詳細には、微小針を用いて、細胞などの微細粒子内に遺伝子溶液や薬剤溶液などを導入するマイクロインジェクション技術や、細胞分析などのバイオ分野における微粒子搬送技術に好適なマイクロインジェクション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
再生医療や新薬開発等の分野においては，細胞に所定の物質を導入してその効果の有無を検証する物質導入技術が用いられている。
【０００３】
従来の物質導入技術は，ウィルスベクター法やリポフェクション法によって代表される。これらの方法では、導入対象となる細胞及び導入すべき導入物質全体をひとつの塊として取り扱っていた。このような物質導入方法を、バッチ式物質導入法という。
【０００４】
このバッチ式物質導入法は、操作が簡便な反面、一回の導入実験で使用する細胞及び導入物質の量が多くなる。従って、貴重な細胞や試薬を使用する場合には不向きであった。従って、バッチ式物質導入法は、今後要求される微量薬剤の導入による効果の検証に適用できないという問題がある。
【０００５】
一方、今後は、微量の細胞および導入液体を用いて、多くのパターンの実験を行う必要があると考えられる。このような背景から、１０5〜１０6個程度の大量の細胞などの粒子に、個々に定量の導入物質を無菌的、且つ短時間で確実に導入する技術が要求されている。
【０００６】
そこで、個々の細胞などに、定量の導入物質を導入することができる技術として、マイクロインジェクション法が提案されている（例えば、非特許文献１〜３参照。）。このマイクロインジェクション法は、人工授精などの分野では一般的に用いられている。
【０００７】
また、従来、マイクロインジェクション法によって導入物質を個々の細胞に導入するマイクロインジェクション装置が提案されている。
【０００８】
マイクロインジェクション装置は、マニュピレータによって微小針を操作し、微小針内に充填されている導入物質を細胞などの粒子内に導入するように構成されている。
【非特許文献１】伊藤 紗弥、マイクロインジェクション、［online］、［平成１８年４月１４日検索］、インターネット＜URL:http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/bnsikato/protocol/7-3.html＞
【非特許文献２】斉藤 美佳子、単一細胞操作支援ロボットを用いたES細胞へのナノインジェクション、［online］、［平成１８年４月１４日検索］、インターネット＜URL:http://www.nanonet.go.jp/japanese/mailmag/2005/081b.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来のマイクロインジェクション装置は、マニュピレータに対する微小針を取り付けを手作業で行っていた。このため、微小針の取り付け及び交換に長時間を要するという問題があった。
【００１０】
また、従来のマイクロインジェクション装置では、マニュピレータに微小針を取り付け
る際に、手指が針先に接触して針先が破損及び汚染されるおそれがあった。
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、マニュピレータなどに微小針を短時間で取り付けることができると共に、微小針の破損及び汚染を抑制できるマイクロインジェクション装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明は、
微小針の内部に充填された導入物質を被導入体に導入するマイクロインジェクション装置において、
前記導入物質が充填され所定の待機位置に配置された前記微小針を着脱自在に把持し、所定の導入準備位置まで搬送する微小針搬送手段と、
前記所定の導入準備位置に配置された前記微小針を着脱自在に把持し、前記微小針の先端を前記被導入体に挿入及び抜脱する微小針挿抜手段と、
前記微小針挿抜手段によって把持されている前記微小針内の前記導入物質に所定の圧力を加えることによって、前記微小針内の前記導入物質を吐出させる導入物質吐出手段と、
を備える。
【００１３】
微小針のガラス管は、外径が１．０〜１．２ｍｍ程度、内径が０．５〜０．７ｍｍ程度で、針先の外径が１μｍ、内径が０．５μｍ程度のものを例示できる。
【００１４】
また、微小針挿抜手段として、微小針を互いに直交するＸ軸及びＹ軸方向、及び水平方向に対して斜めの方向に移動させるマニュピレータなどを例示できる。また、被導入体として、細胞などを例示できる。
【００１５】
本発明では、導入物質が充填され所定の待機位置に配置されている微小針を、微小針搬送手段によって所定の導入準備位置まで搬送する。次に、微小針の先端を微小針挿抜手段によって被導入体に挿入し、導入体吐出手段によって微小針内の被導入体に圧力をかけて被導入体に導入する。このように、本発明は、待機位置に配置された微小針の搬送から被導入体に導入体を導入するまでの動作を自動的に行うことができる。
【００１６】
従って、マニュピレータなどの微小針挿抜手段に対する微小針の取り付け及び交換を短時間で行うことができる。また、微小針に手指が触れることがないので、微小針の破損及び汚染を抑制できる。
【００１７】
ここで、前記微小針は針先を保護するキャップを有し、
前記微小針搬送手段は前記キャップを把持する構成にできる。
【００１８】
この構成によれば、キャップを微小針搬送手段で把持し、微小針を微小針挿抜手段で把持した状態で、微小針搬送手段を微小針挿抜手段から離れる方向に移動させることにより、キャップを微小針から簡単に取り外すことができる。
【００１９】
また、前記微小針は、中空のガラス管と、前記ガラス管の中間部を保持する第１の保持部、及び前記ガラス管の基部を把持する第２の保持部を有するホルダと、を有する構成にできる。
【００２０】
この構成により、ガラス管の基部と中間部の２箇所をホルダによって保持できるので、ガラス管を安定よく保持できる。
【００２１】
また、前記導入物質吐出手段は、前記微小針内の前記導入物質に圧力を加えるチューブを有し、
前記ホルダは、前記チューブを前記微小針内に案内する案内孔を有する構成にできる。
【００２２】
この構成により、チューブを微小針内に確実に挿入できる。従って、微小針内の導入物質を確実に吐出できる。
【００２３】
前記微小針挿抜手段は、前記微小針における中心軸線方向の位置決めを行う中心軸線方向位置決め手段と、前記微小針の前記中心軸線と直交する方向の位置決めを行う直交方向位置決め手段と、を有する構成にできる。
【００２４】
この構成により、微小針を常に同一の位置に保持できるので、微小針を交換した際に、微小針の取り付け位置を調整する必要がない。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、導入物質が充填され所定の待機位置に配置された微小針を微小針搬送手段で所定の導入準備位置まで搬送し、この微小針を微小針挿抜手段で把持して微小針の先端を被導入体に挿入し、導入物質吐出手段で微小針内の導入物質を被導入体に導入するまでの一連の動作を自動的に行うことができる。
【００２６】
従って、微小針挿抜手段に対する微小針の取付（把持）を短時間で行うことができるので、作業効率を高くできる。また、作業中に微小針に手指が接触することがないので、微小針が破損及び汚染されるのを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係るマイクロインジェクション装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本発明に係る実施の形態のマイクロインジェクション装置１を示す。このマイクロインジェクション装置１は、微小針１０の内部に充填された導入物質を被導入体１３に自動的に導入するように構成されている。
【００２９】
すなわち、このマイクロインジェクション装置１は、微小針１０の内部に導入物質を充填して所定の待機位置に配置する導入物質充填手段１１と、所定の待機位置に配置された微小針１０を着脱自在に把持し所定の導入準備位置まで搬送する微小針搬送手段１２と、所定の導入準備位置に配置された微小針１０を着脱自在に把持し、微小針１０の先端を被導入体１３に挿入及び抜脱する微小針挿抜手段としてのマニピュレータ１４と、このマニピュレータ１４によって把持されている微小針１０内の導入物質に所定の圧力を加えることによって、導入物質を微小針１０から吐出させる導入物質吐出手段１５とを備えている。
【００３０】
次に、上記各構成要素について説明する。微小針１０は、図２に示すように、極細のガラス管４１と、このガラス管４１を保持するホルダ４０とを有している。
【００３１】
ガラス管４１は、外径が１．０〜１．２ｍｍ程度、内径が０．５〜０．７ｍｍ程度の中空状に形成されている。また、ガラス管４１の先端部は鋭角に形成されている。ガラス管４１の針先の外径は１μｍ、内径は０．５μｍ程度に形成されている。
【００３２】
ホルダ４０は、ガラス管４１の中間部４１ｂを保持する第１の保持部４２と、ガラス管４１の基部４１ａを保持する第２の保持部４３とを有している。第１の保持部４２にには
、ガラス管４１を保護するキャップ４４が着脱自在に取り付けられている。キャップ４４は、テーパ状に形成されている。
【００３３】
第１の保持部４２と第２の保持部４３には、それぞれの対向部分に凹部４２と凸部４３が設けられている。これらの凹部４２ａと凸部４３ａとが嵌合されることにより、第１の保持部４２と第２の保持部４３とが接続されている。
【００３４】
第１の保持部４２は、略半分が円柱状で残りの半分が漏斗状に形成されている。この第１の保持部４２内に、ガラス管４１の基部４１ａが貫通して挿入されている。ガラス管４１の中間部４１ｂが、第１の保持部４２の先端部分に接着されて保持されている。この第１の保持部４２の一端には、フランジ４２ｂが設けられている。
【００３５】
第２の保持部４３は、円柱状に形成されている。この第２の保持部４３内における中間部まで、ガラス管４１の基部４１ａが挿入されている。ガラス管４１の基部４１ａは、第２の保持部４３に接着されて保持されている。
【００３６】
また、第２の保持部４３には、ガラス管４１の貫通孔４１ｃ（図９参照）に連続する案内孔４３ｂが設けられている。この案内孔４３ｂは、ガラス管４１側から外側に向けて徐々に拡がるテーパ状に形成されている。この第２の保持部４３の一端には、フランジ４３ｃが設けられている。
【００３７】
この微小針１０内に充填される導入物質として、遺伝子溶液や薬剤溶液などを例示できる。また、被導入体１３として、細胞及び細胞に類似する各種の粒子を例示できる。
【００３８】
導入物質充填手段１１は、図３に示すように、所定の方向Ｙに移動自在なカートリッジ２１と、このカートリッジ２１を移動させるカートリッジ移動機構２０と、カートリッジ２１の上方に配置された挿入管案内機構２２及び挿入管上下移動機構２３とを有している。
【００３９】
カートリッジ２１には、微小針１０を供給するマガジン、挿入管２４を供給するマガジン、微小針１０内に充填すべき溶液が収容されている溶液収容容器２５を供給するマガジン、及び挿入管取り外し部材２６とが設けられている。
【００４０】
微小針１０がカートリッジ２１によって保持されている状態では、図４に示すように、キャップ４４の上部側とホルダ４０とが、カートリッジ２１上に突出している。また、ホルダ４０とキャップ４４の上部側の周囲には、適宜な広さの空間が設けられている。これにより、後述のように、カートリッジ２１から突出しているキャップ４４の上部側を、微小針搬送手段１２のハンド３１で把持できる。
【００４１】
また、挿入管上下移動機構２３には、液体制御ポンプ２７が上下移動自在に設けられている。この液体制御ポンプ２７には、挿入管接続部２８が備えられている。
【００４２】
この導入物質充填手段１１では、まず、微小針１０と、挿入管２４と、溶液収容容器２５の各マガジンと、挿入管取り外し部２６とが、カートリッジ２１上に設けられたマガジンに各々搭載される。
【００４３】
次に、カートリッジ２１が水平移動され、挿入管２４が挿入管接続部２８を介して液体制御ポンプ２７に接続される。次に、カートリッジ２１がＹ方向に水平移動され、挿入管２４の先端が溶液収容容器２５内に挿入される。そして、液体制御ポンプ２７によって溶液収容容器２５内の溶液が吸引される。
【００４４】
次に、液体制御ポンプ２７及び挿入管２４が上昇され、カートリッジ２１が水平移動される。次に、挿入管２４が挿入管案内機構２２を介して、微小針１０内に挿入される。次に、液体制御ポンプ２７内の導入物質が、微小針１０内に放出される。これにより、微小針１０内に導入物質が充填される。
【００４５】
次に、液体制御ポンプ２７が上昇され、挿入管２４が微小針１０の上方に移動されるる。次に、カートリッジ２１が水平移動されて、挿入管２４が挿入管取り外し部２６まで移動される。次に、挿入管取り外し部２６によって、液体制御ポンプ２７に接続されている挿入管２４が取り外される。
【００４６】
このようにして、微小針１０に導入物質が充填された後、カートリッジ２１がＹ方向に移動され、微小針１０が所定の待機位置Ｐ１に配置される。すなわち、カートリッジ２１は、導入物質が充填された微小針１０を所定の待機位置Ｐ１に配置する待機位置配置手段として機能する。
【００４７】
図１の微小針搬送手段１２は、図５に示すように、所定の待機位置Ｐ１に配置された微小針１０を着脱自在に把持し、所定の導入準備位置Ｐ２まで搬送する。
【００４８】
この微小針搬送手段１２は、微小針１０を把持するハンド３１と、このハンド３１を上下移動させる上下移動部３２と、上下移動部３２を所定の旋回方向Ａに、所定の角度だけ旋回させる旋回部３３とを有している。
【００４９】
ハンド３１は、平行に配置された二枚の板部材３１ａ，３１ｂと、これらの板部材３１ａ，３１ｂを保持するアーム３１ｃと、板部材３１ａ，３１ｂを開閉させるモータやシリンダなどの駆動部３１ｄとを有している。また、板部材３１ａ，３１ｂの内面には、柔軟な緩衝材３１ｅが設けられている。
【００５０】
このハンド３１によってカートリッジ２１内の微小針１０を把持する際には、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、板部材３１ａ，３１ｂが開かれて、カートリッジ２１上のキャップ４４の両側に配置される。次に、板部材３１ａ，３１ｂが閉じられて、キャップ４４すなわち微小針１０が把持される。このとき、緩衝材３１ｅがテーパ状のキャップ４４に沿って変形する。これにより、キャップ４４に均一な把持力が作用する。
【００５１】
図５の上下移動部３２は、ベース３２ａと、ベース３２ａ内に設けられたシリンダ３２ｂとを有している。このシリンダ３２ｂのピストンには、ロッド３２ｃが取り付けられている。ロッド３２のｃの上端には、上記ハンド３１が取り付けられている。シリンダ３２ｂのピストンの伸縮によって、ハンド３１が上下移動される。
【００５２】
旋回部３３は、上下移動部３２の下端部に設けられている。この旋回部３３は、回転ドラム３３ａと、回転ドラム３３ａを両方向に回転させるモータ３３ｂとを有している。回転ドラム３３ａには、上下移動部３２のベース３２ａが取り付けられている。
【００５３】
回転ドラム３３ａの回転によって、上下移動部３２が略鉛直方向から所定の旋回位置まで旋回する。これにより、ハンド３１に把持されている微小針１０が、所定の待機位置から所定の導入準備位置まで搬送される。なお、回転ドラム３３ａの回転角度は任意に調整できる。
【００５４】
図１のマニピュレータ１４は、図７に示すように、本体５０と、この本体５０の先端に設けられた接続部５１と、所定の導入準備位置Ｐ２に配置された微小針１０を着脱自在に
把持するハンド５２とを有している。なお、図７中の符号１６は、マニュピレータ１４を互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動させるＸＹステージである。
【００５５】
本体５０とハンド５２は別体で形成され、同一のベース板５８に取り付けられている。また、接続部５１は、小径部５１ａと、この小径部５１ａの先端に設けられたＯリング５１ｂとを有している。
【００５６】
接続部５１は、本体５０内に設けられたシリンダによって、ハンド５２に把持されている微小針１０に接近及び離間する方向にスライド移動される。接続部５１が、微小針１０側に移動することにより、接続部５１の先端のＯリング５１ｂが、ハンド５２で把持されている微小針１０のホルダ４０におけるフランジ４３ｃの端面に押し付けられる。これにより、Ｏリング５１ｂが潰されて、微小針１０と接続部５１間の密封が保持される。
【００５７】
ハンド５２は、図８に示すように、微小針１０におけるホルダ４０の外周面の一部を支持する一対の支持部５３，５３と、ホルダ４０を支持部５３の反対側から押さえる押圧板５４と、押圧板５４に押圧力Ｆを加えるシリンダ５５とを有している。
【００５８】
支持部５３，５３には、それぞれＶ溝５３ａ，５３ａが設けられている。これらの一対のＶ溝５３ａ，５３ａによって、ホルダ４０における第１の保持部４２及び第２の保持部４３の外周面４２ｃ，４３ｄの一部が支持される。なお、支持部５３，５３間の隙間には、ホルダ４０のフランジ４２ｂが挿入される。
【００５９】
押圧板５４は、ホルダ４０における外周面４２ｃ，４３ｄに当接する一対の押圧片５４ａ，５４ａを有している。押圧片５４ａ，５４ａの間には、フランジ４２ｂを避ける切り欠き５４ｃが設けられている。また、押圧板５４の中間部には、微小針１０の中心軸線と略平行な回転軸５６が設けられている。
【００６０】
この押圧板５４は、回転軸５６の回転によって、微小針１０に接近及び離間する方向Ｃに旋回される。
【００６１】
このハンド５２によって把持された微小針１０は、マニピュレータ１４の接続部５１によって中心軸線方向に押圧される。これにより、ホルダ４０のフランジ４３ｃ，４２ｂが、支持部５３，５３の側面（支持面）５３ｂ，５３ｂに押圧される。これによって、微小針１０の中心軸線方向の位置決めが行われる。
【００６２】
すなわち、マニピュレータ１４の本体５０、及びハンド５３における支持部５３，５３の側面５３ｂ，５３ｂによって、微小針１０の中心軸線方向位置決め手段が構成されている。
【００６３】
また、押圧板５４によって、ホルダ４０の外周面４２ｃ，４３ｄがＶ溝５３ａ，５３ａの内面側に押圧される。これにより、微小針１０の中心軸線方向と直交する直交方向の位置決めが行われる。
【００６４】
すなわち、Ｖ溝５３ａ，５３ａ、押圧板５４及びシリンダ５５によって、微小針１０の中心軸線と直交する直交方向の位置決め手段が構成されている。
【００６５】
図７に示すように、微小針１０がマニピュレータ１４のハンド５２によって把持された後、微小針搬送手段１２のハンド３１がキャップ４４を把持したまま、微小針１０から離れる方向Ｗに後退する。これにより、キャップ４４が微小針１０から取り外される。
【００６６】
微小針１０内の導入物質を被導入体１３に導入する際には、図９に示すように、微小針１０がマニピュレータ１４によって把持されている状態で、微小針１０におけるガラス管４１の基部４１ａ側に、導入物質吐出手段１５に接続されたチューブ１５ａが挿入される。
【００６７】
このとき、チューブ１５ａは、微小針１０のホルダ４０における案内孔４３ｂによって案内されて、ガラス管４１内に挿入される。また、本実施形態では、ガラス管４１が、ホルダ４０の針挿入孔４３ｄの底面４３ｅに接するまで挿入される。
【００６８】
この針挿入孔４３ｄの底面４３ｅは、案内孔４３ｂの最小径部４３ｆと同一面に設けられている。これにより、案内孔４３ｂと針挿入孔４３ｄ管に隙間ができないので、チューブ１５ａがガラス管４１内に確実に挿入される。
【００６９】
微小針１０内にチューブ１５ａが挿入された後、マニピュレータ１４によって微小針１０が操作される。そして、図１に示すように、微小針１０におけるガラス管４１の先端が、トレー１７上の被導入体１３に挿入される。
【００７０】
次に、導入物質吐出手段１５が作動し、チューブ１５ａを介して微小針１０内の導入物質に圧力が加えられる。これにより、導入物質が微小針１０から吐出され、被導入体１３に導入される。なお、導入物質吐出手段１５としては、小型の送風機又は圧縮機など適宜な加圧手段を使用できる。
【００７１】
微小針１０内の導入物質が被導入体１３内に導入された後、微小針挿抜手段１４によって微小針１０が導入準備位置Ｐ２に配置される。そして、微小針搬送手段１２に把持されているキャップ４４が、微小針１０に装着される。この微小針１０は、マニピュレータ１４によって回収容器１８に排出されて回収される。
【００７２】
〈処理フロー〉
図１０は、このマイクロインジェクション装置１の処理フローを示す。この処理では、先ず微小針内に導入物質が充填される（Ｓ１）。次に、微小針が所定の待機位置に配置される（Ｓ２）。
【００７３】
次に、微小針が微小針搬送手段によって把持され、所定の導入準備位置に配置される（Ｓ３）。次に、微小針がマニピュレータで把持される（Ｓ４）。
【００７４】
次に、微小針のキャップが取り外される（Ｓ５）。次に、マニピュレータによってインジェクション動作が実行され、微小針内の導入物質が被導入体に導入される（Ｓ６）。
【００７５】
次に、微小針にキャップが装着される（Ｓ７）。次に、微小針が回収容器に排出されて回収、廃棄される（Ｓ８）。この後、上記と同様な処理が繰り返し行われる。なお、被導入体１３は、手動又は自動で供給される。
【００７６】
このように、本発明のマイクロインジェクション装置１は、マニピュレータ１４に対する微小針１０の取り付けを自動的に行うことができる。従って、微小針１０の取り付け及び交換作業を短時間で行うことができる。
【００７７】
また、導入物質が充填された微小針１０を待機位置から導入準備位置まで搬送する動作、微小針１０をマニピュレータ１４に取り付ける動作、微小針１０内の導入物質を被導入体１３に導入する動作、及び微小針１０を回収する動作を、自動的に行うことができる。従って、微小針１０に手指が接触することがないので、微小針１０が破損及び汚染するの
を抑制できる。
【００７８】
更に、マニピュレータ１４に取り付けられる微小針１０は、中心軸線方向及び中心軸線方向と直交する直交方向の位置決めが行われるので、微小針１０を交換した際に、微小針１０における針先の位置が変わるのを防止できる。
【００７９】
従って、従来のように、微小針１０を交換する毎に、微小針１０の位置調整を行う必要がないので、作業効率を向上させることができる。
【００８０】
更に、このマイクロインジェクション装置１によれば、個々の細胞へのアクセスと、細胞のような微小粒子の搬送を同一装置内で実現できる。従って、個々の細胞を認識したままで、大量の細胞に物質を導入することが可能になる。
【００８１】
なお、上記実施形態では、導入物質充填手段１１を備えた場合について説明した。本発明は、導入物質充填手段１１を含まずに構成することができる。この場合は、手動又は適宜な手段によって、微小針１０を所定の待機位置Ｐ１に配置すればよい。
【００８２】
また、本発明のマイクロインジェクション装置は、以下の付記的事項を含むものである。
【００８３】
〔その他〕
本発明は、以下のように特定することができる。
【００８４】
（付記１）微小針の内部に充填された導入物質を被導入体に導入するマイクロインジェクション装置において、
前記導入物質が充填され所定の待機位置に配置された前記微小針を着脱自在に把持し、所定の導入準備位置まで搬送する微小針搬送手段と、
前記所定の導入準備位置に配置された前記微小針を着脱自在に把持し、前記微小針の先端を前記被導入体に挿入及び抜脱する微小針挿抜手段と、
前記微小針挿抜手段によって把持されている前記微小針内の前記導入物質に所定の圧力を加えることによって、前記微小針内の前記導入物質を吐出させる導入物質吐出手段と、
を備えるマイクロインジェクション装置。
【００８５】
（付記２）前記微小針は針先を保護するキャップを有し、
前記微小針搬送手段は前記キャップを把持する付記１に記載のマイクロインジェクション装置。
【００８６】
（付記３）前記微小針挿抜手段によって把持されている前記微小針を回収する微小針回収手段を、
更に備える付記１に記載のマイクロインジェクション装置。
【００８７】
（付記４）前記微小針は、ガラス管と、前記ガラス管の中間部を保持する第１の保持部、及び前記微小針の基部を把持する第２の保持部を有するホルダと、を有する付記１に記載のマイクロインジェクション装置。
【００８８】
（付記５）前記導入物質吐出手段は、前記微小針内の前記導入物質に圧力を加えるチューブを有し、
前記ホルダは、前記チューブを前記微小針内に案内する案内孔を有する付記４に記載のマイクロインジェクション装置。
【００８９】
（付記６）前記ホルダは、前記微小針の基部側を挿入する挿入孔を有し、前記挿入孔の底面に前記微小針の端面が当接する付記４に記載のマイクロインジェクション装置。
【００９０】
（付記７）前記挿入孔の底面は、前記案内状の孔における最小径部と同一面に設けられている付記６に記載のマイクロインジェクション装置。
【００９１】
（付記８）前記ホルダは、外周面が円形に形成されると共に、前記外周面から側方に突出するフランジ部を有する付記４に記載のマイクロインジェクション装置。
【００９２】
（付記９）前記微小針挿抜手段は、前記微小針における中心軸線方向の位置決めを行う中心軸線方向位置決め手段と、前記微小針における前記中心軸線と直交する方向の直交方向位置決め手段と、を有する付記４に記載のマイクロインジェクション装置。
【００９３】
（付記１０）前記中心軸線方向位置決め手段は、前記微小針を中心軸線方向に押圧するシリンダと、前記ホルダにおける前記フランジ部の端面を支持する支持面を有し、
前記直交方向位置決め手段は、前記ホルダの前記外周面を支持するＶ溝と、前記外周面を前記Ｖ溝の反対側から押圧する押圧手段とを有する付記９に記載のマイクロインジェクション装置。
【００９４】
（付記１１）前記押圧手段は、前記ホルダの前記外周面に当接する板部材と、前記板部材を前記ホルダの外周面に対して接近または離間する方向に回転自在に支持する回転軸と、前記板部材を前記ホルダの外周面側に付勢するシリンダと、を有する付記１０に記載のマイクロインジェクション装置。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明に係るマイクロインジェクション装置を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る微小針を示す断面図である。
【図３】本発明に係る導入物質充填手段を示す図である。
【図４】本発明に係るカートリッジに収容されている微小針を示す図である。
【図５】本発明に係る微小針搬送手段を示す斜視図である。
【図６】図６（Ａ）は本発明に係るカートリッジに収容されている微小針を微小針搬送手段のハンドで把持する状態を示す図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ矢視図である。
【図７】本発明に係る微小針挿抜手段で微小針を把持する状態を示す図である。
【図８】本発明に係る微小針挿抜手段のハンドを示す斜視図である。
【図９】本発明に係る微小針の案内孔を示す断面図である。
【図１０】本発明に係る処理フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９６】
１ マイクロインジェクション装置
１０ 微小針
１１ 導入物質充填手段
１２ 微小針搬送手段
１３ 被導入体
１４ マニピュレータ
１５ 導入物質吐出手段
１５ａ チューブ
１６ ＸＹステージ
１７ トレー
１８ 回収容器
２０ カートリッジ移動機構
２１ カートリッジ
２２ 挿入管案内機構
２３ 挿入管上下移動機構
２４ 挿入管
２５ 溶液収容容器
２６ 挿入管取り外し部
２７ 液体制御ポンプ
２８ 挿入管接続部
３１ 微小針搬送手段のハンド
３１ａ，３１ｂ 板部材
３１ｃ アーム
３１ｄ 駆動部
３１ｅ 緩衝材
３２ 上下移動部
３２ａ ベース
３２ｂ シリンダ
３２ｃ ロッド
３３ 回転部
３３ａ 回転ドラム
３３ｂ モータ
４０ ホルダ
４１ ガラス管
４１ａ 基部
４１ｂ 中間部
４１ｃ 孔
４２ 第１の保持部
４２ａ 凹部
４２ｂ フランジ
４２ｃ 外周面
４３ 第２の保持部
４３ａ 凸部
４３ｂ 案内孔
４３ｃ フランジ
４３ｄ 針挿入孔
４３ｅ 底面
４３ｆ 案内孔の最小径部
４４ 微小針のキャップ
５０ マニピュレータの本体
５１ 接続部
５１ａ 小径部
５１ｂ リング
５２ ハンド
５３ 支持部
５３ａ 溝
５３ｂ 側面
５４ 押圧板
５４ａ 押圧片
５４ｃ 切り欠き
５５ シリンダ
５６ 回転軸
５８ ベース板
Ｐ１ 所定の待機位置
Ｐ２ 所定の導入準備位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小針の内部に充填された導入物質を被導入体に導入するマイクロインジェクション装置において、
前記導入物質が充填され所定の待機位置に配置された前記微小針を着脱自在に把持し、所定の導入準備位置まで搬送する微小針搬送手段と、
前記所定の導入準備位置に配置された前記微小針を着脱自在に把持し、前記微小針の先端を前記被導入体に挿入及び抜脱する微小針挿抜手段と、
前記微小針挿抜手段によって把持されている前記微小針内の前記導入物質に所定の圧力を加えることによって、前記微小針内の前記導入物質を吐出させる導入物質吐出手段と、
を備えるマイクロインジェクション装置。
【請求項２】
前記微小針は針先を保護するキャップを有し、
前記微小針搬送手段は前記キャップを把持する請求項１に記載のマイクロインジェクション装置。
【請求項３】
前記微小針は、中空のガラス管と、前記ガラス管の中間部を保持する第１の保持部、及び前記ガラス管の基部を把持する第２の保持部を有するホルダと、を有する請求項１に記載のマイクロインジェクション装置。
【請求項４】
前記導入物質吐出手段は、前記微小針内内に挿入可能なチューブを有し、
前記ホルダは、前記チューブを前記微小針内に案内する案内孔を有する請求項３に記載のマイクロインジェクション装置。
【請求項５】
前記微小針挿抜手段は、前記微小針における中心軸線方向の位置決めを行う中心軸線方向位置決め手段と、前記微小針の前記中心軸線と直交する方向の位置決めを行う直交方向位置決め手段と、を有する請求項１に記載のマイクロインジェクション装置。
【請求項１】
微小針の内部に充填された導入物質を被導入体に導入するマイクロインジェクション装置において、
前記導入物質が充填され所定の待機位置に配置された前記微小針を着脱自在に把持し、所定の導入準備位置まで搬送する微小針搬送手段と、
前記所定の導入準備位置に配置された前記微小針を着脱自在に把持し、前記微小針の先端を前記被導入体に挿入及び抜脱する微小針挿抜手段と、
前記微小針挿抜手段によって把持されている前記微小針内の前記導入物質に所定の圧力を加えることによって、前記微小針内の前記導入物質を吐出させる導入物質吐出手段と、
を備えるマイクロインジェクション装置。
【請求項２】
前記微小針は針先を保護するキャップを有し、
前記微小針搬送手段は前記キャップを把持する請求項１に記載のマイクロインジェクション装置。
【請求項３】
前記微小針は、中空のガラス管と、前記ガラス管の中間部を保持する第１の保持部、及び前記ガラス管の基部を把持する第２の保持部を有するホルダと、を有する請求項１に記載のマイクロインジェクション装置。
【請求項４】
前記導入物質吐出手段は、前記微小針内内に挿入可能なチューブを有し、
前記ホルダは、前記チューブを前記微小針内に案内する案内孔を有する請求項３に記載のマイクロインジェクション装置。
【請求項５】
前記微小針挿抜手段は、前記微小針における中心軸線方向の位置決めを行う中心軸線方向位置決め手段と、前記微小針の前記中心軸線と直交する方向の位置決めを行う直交方向位置決め手段と、を有する請求項１に記載のマイクロインジェクション装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−１１７４１（Ｐ２００８−１１７４１Ａ）
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１８４５５０（Ｐ２００６−１８４５５０）
【出願日】平成１８年７月４日（２００６．７．４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月４日（２００６．７．４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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