マイクロインジェクション装置
【課題】 細胞等の被導入体への導入物質の導入を、複数の注入針で効率良く確実に行うことができて、処理効率の向上が可能なマイクロインジェクション装置を提供する。
【解決手段】 複数の注入針１１をそれぞれ個別に移動可能に移動させる複数の搬送手段４を設ける。容器１２の内部の画像を、顕微鏡３を通して顕微鏡視野範囲Ｖで撮像する撮像手段２と、画像から顕微鏡視野範囲Ｖの各被導入体Ｔの位置を判定する位置判定手段８１を設ける。定められた規則Ｒに従って各注入針１１の搬送手段４の負荷が均等化されるように、各注入針１１が担当する顕微鏡視野Ｖ内での担当範囲Ｅを決定する担当範囲演算手段８２を設ける。
【解決手段】 複数の注入針１１をそれぞれ個別に移動可能に移動させる複数の搬送手段４を設ける。容器１２の内部の画像を、顕微鏡３を通して顕微鏡視野範囲Ｖで撮像する撮像手段２と、画像から顕微鏡視野範囲Ｖの各被導入体Ｔの位置を判定する位置判定手段８１を設ける。定められた規則Ｒに従って各注入針１１の搬送手段４の負荷が均等化されるように、各注入針１１が担当する顕微鏡視野Ｖ内での担当範囲Ｅを決定する担当範囲演算手段８２を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、顕微鏡下で、細胞等の被導入体内に遺伝子制御因子等の導入物質を微小な注入針により導入するマイクロインジェクション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的な細胞内への物質導入方法には、エレクトロポレーション（電気的）、リポフェクション（化学的）、ベクター法（生物的）、マイクロインジェクション法（機械的）、レーザインジェクション（光学的）がある。電気的な方式は、大電流によって細胞膜を破るため細胞の損傷が大きい。化学的方式は、導入できる遺伝子に制限があり、導入効率が低い。生物的方式は導入できる遺伝子の種類に制限があり、また安全性の問題といった欠点があった。マイクロインジェクション法はインジェクション位置を高精度で制御することで確実に細胞内に物質を注入することが出来る特長がある。キャピラリ（微小針）を用いてマイクロインジェクションを行う方法が特許文献１に記載されている。
【０００３】
細胞内に遺伝子を導入する方法には上記の方式が挙げられるが、確実性と効率性の両方を有した技術はまだ無い。細胞１個１個に遺伝子を注入するマイクロインジェクション法は最も確実な方法であるが、その操作には熟練と時間を要し、そのためスループットが低いことが問題であった。マイクロインジェクション法のスループットを高くする手法として特許文献２に上げられるように多数の注入針を規則的に配列したマイクロキャピラリーアレイを開発し、これに対応した位置にチャンバーを有するマイクロチャンバーアレイを用いて、一括注入を試みた例がある。
【０００４】
図３１に、マイクロインジェクション法を適用した装置の従来例を示す。このマイクロインジェクション装置では、被導入体である細胞を収容したシャーレ９０を容器載置台９１で把持し、シャーレ９０の内部の局部平面画像を撮像手段９２で撮像し、その平面画像を画像処理手段９３で処理することにより、細胞の位置情報を得る。この容器載置台９１を、ＸＹステージ装置からなる水平２軸方向の容器位置調整手段９４によって移動させることで、注入針９５の挿入方向に細胞が位置するように細胞の位置決めを行う。次に、注入針９５を保持したマニピュレータを、Ｚステージ装置９６を有する注入針搬送手段９７によって注入針９５の挿入方向に移動させる。このように、位置決めされた細胞に対して注入針９５を突き刺し、注入針９５の内部に充填された導入物質を細胞に導入する。これらの一連の動作は、制御装置９８の制御により自動的に行なわれる。注入針搬送手段９７には、超音波モータやボールねじが使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２６２４７１９号公報
【特許文献２】特許第３０３５６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
細胞の形状、大きさ、弾性力が異なるため、細胞に対する注入針の位置制御を一括で行う特許文献２なとのマイクロキャピラリーアレイ方式では、多くの細胞に対して針が刺さらないか、或いは、多くの細胞を破壊するといった結果になっている。また、マイクロキャピラリーアレイを用いる方式は細胞をマイクロキャピラリーアレイと同位置に配列させる必要があるため、培養液内で移動可能な浮遊細胞のみに対応でき、培地やシャーレの底に付着した細胞には使用することができない。
【０００７】
マイクロインジェクション法のハイスループット化のために注入物質の注入速度の向上やマニピュレータ（注入針の搬送手段）の位置決め速度の向上が図られている。現在１秒以下で１個の細胞の注入処理を実現したものがある。しかし、医療用途の要求では、導入物質の種類を問わないこと、導入効率が高いこと、及び、物質導入細胞を大量に供給できることが要求され、特に重要な物質導入細胞を大量に供給できる要求は現状では満たすことができない。
【０００８】
複数の注入針を使用したくとも、現状は注入針を装備したマニピュレータの寸法が大きいためマニピュレータの複数配置が出来ないといった問題がある。また、現在のマイクロインジェクション装置では細胞の位置決めには細胞が入ったシャーレステージを稼動し、注入針を装備したマニピュレータは細胞に注入針を穿刺する方向のみに稼動するため、複数の細胞の位置決めを同時に行うことが出来なかった。
【０００９】
例えば図３１と共に前述したような現在のマイクロインジェクション装置では、細胞を位置決めするために細胞を収容したシャーレ９０を支持する容器位置調整手段９４を移動させ、注入針９５を装備したマニピュレータを、細胞に注入針９５を挿入する方向にのみ移動させるため、複数の細胞を位置決めして各細胞に注入針を同時に挿入することができなかった。
また、注入針９５の搬送手段において、注入針９５が、直行するＸ軸方向、Ｙ軸方向の２自由度を移動する場合、例えばＸ軸移動機構上にＹ軸移動機構を積み重ねるように配置していた。そのため、Ｘ移動機構は注入針とＹ軸移動機構との両者を駆動することになるため、高速移動が困難であった。
【００１０】
上記マニピュレータの寸法の小型化については、駆動源として圧電素子積層体を用いたり、その圧電素子積層体の動作を拡大する機構を用いることなどで解決したものを、本出願人は先に提案した（例えば、特願２０１０−０７７６７７号）。この提案例では、注入針を穿刺する方向のみではなく、水平面内での移動と、穿刺方向との両方の移動が可能とされており、複数の細胞への並行したインジェクション処理が可能となる。また、マニピュレータの小型化については、他にも考えられ、マニピュレータの複数配置は、実現可能性が高まっている。
【００１１】
しかし、複数配置された各マニピュレータを用いてどの被導入体のインジェクション処理を行うかにつき、未解決であった。複数あるマニピュレータをどのように使い分けるかは、シャーレ内の全ての被導入体にインジェクション処理を行うにつき、処理の総時間に大きく影響する。
【００１２】
この発明の目的は、細胞等の被導入体への導入物質の導入を、複数の注入針で効率良く確実に行うことができて、処理効率の向上が可能なマイクロインジェクション装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明のマイクロインジェクション装置は、内部に導入物質が充填された注入針１１を被導入体Ｔに挿入することにより、被導入体Ｔ内に導入物質を導入するインジェクション処理を行うマイクロインジェクション装置であって、
前記被導入体Ｔの入った容器１２の位置を調整する容器位置調整手段１と、この容器位置調整手段１で位置調整された容器１２の内部の被導入体Ｔに対して複数の注入針１１をそれぞれ個別に少なくとも２次元方向に移動可能に移動させる複数の搬送手段４と、前記容器位置調整手段１により位置調整された前記容器１２の内部の画像を、顕微鏡３を通して顕微鏡視野範囲Ｖで撮像する撮像手段２と、この撮像手段２によって得られた画像から前記顕微鏡視野範囲Ｖの各被導入体Ｔの位置を判定する位置判定手段８と、この位置判定手段８で判定された各被導入体Ｔの位置の情報から、定められた規則Ｒに従って各注入針１１の搬送手段４の負荷が均等化されるように、各注入針１１が担当する前記顕微鏡視野Ｖ内での範囲Ｅを決定する担当範囲演算手段９と、この担当範囲演算手段９で決定された担当範囲Ｅの各被導入体Ｔに対して、前記位置判定手段８で判定された各被導入体Ｔの位置の情報から前記各搬送手段４に注入針１１の移動を行わせる注入針移動制御手段８８とを備えることを特徴とする。
【００１４】
この構成によると、複数の注入針１１をそれぞれ個別に少なくとも２次元方向に移動可能に移動させる複数の搬送手段４を設けたため、これら複数の注入針１１を並行して動作させ、インジェクション処理を行うことができる。被導入体Ｔの入った容器１２の位置を調整する容器位置調整手段１を設け、容器位置調整手段１により位置調整された前記容器１２の内部の画像を、顕微鏡３を通して顕微鏡視野範囲Ｖで撮像する撮像手段２と、この撮像手段２によって得られた画像から前記顕微鏡視野範囲Ｖの各被導入体Ｔの位置を判定する位置判定手段８とを設けたため、顕微鏡視野範囲Ｖ毎に前記複数の注入針１１でインジェクション処理を行って、容器１２内の全ての被導入体Ｔのインジェクション処理を行うことができる。
この場合に、各注入針１１が担当する顕微鏡視野Ｖ内での範囲Ｅを決定する担当範囲演算手段９を設け、この手段９は、定められた規則Ｒに従って各注入針１１の搬送手段４の負荷が均等化されるように担当範囲を決定するものとしたため、顕微鏡視野Ｖ内の全体の被導入体Ｔに対して、一部の注入針１１に負荷が偏ることなくインジェクション処理することができる。そのため、並行動作させる各注入針１１が、顕微鏡視野Ｖ内で担当する全ての各被導入体Ｔへのインジェクション処理を完了する時間の差が少なくなる。したがって、被導入体Ｔへの導入物質の導入を、複数の注入針１１で効率良く確実に行うことができて、処理効率の向上が可能となる。
【００１５】
なお、前記の「負荷」は、注入針１１の搬送手段の動作時間や動作回数に影響する要因の物理量であって、任意に定められた規則に従って計算される物理量であり、例えば、注入針１１の移動する距離であっても、注入針１１の移動する回数であっても、またこれらの距離や回数の両方を考慮した値であっても良い。
【００１６】
この発明において、前記担当範囲演算手段９は、各注入針１１が担当する範囲Ｅの面積がほぼ均等となるように、前記顕微鏡視野範囲Ｖの領域を分割するものであっても良い。担当する範囲Ｅの面積がほぼ均等であれば、各注入針１１の搬送手段４の負荷が均等化され、各注入針１１によるインジェクション処理の時間が均等化される。また、担当する範囲Ｅの面積をほぼ均等に分割するため、分割の演算処理が容易である。
【００１７】
この発明において、前記担当範囲演算手段９は、各注入針１１が担当する被導入体Ｔの数がほぼ均等となるように前記顕微鏡視野範囲Ｖの領域を分割するものであっても良い。担当する被導入体Ｔの数が等しければ、注入針１１のインジェクション処理のための動作の回数が均等となるため、各注入針１１によるインジェクション処理の時間が均等化される。
【００１８】
この発明において、個々の注入針１１毎に、担当する各被導入体Ｔへのインジェクション処理の動作における注入針１１の総移動距離が最短になるように、被導入体１１のインジェクション処理の順番を決定する挿入順決定手段１０を設けても良い。
インジェクション処理の動作では、注入針１１を挿入方向の待機位置にある状態で、注入針１１が被導入体Ｔに対向する位置に来るように調整移動させ、注入針１１を被導入体に挿入する挿入方向の動作、および被導入体Ｔを待機位置に戻す動作を繰り返すことになる。担当範囲Ｅ内の複数の被導入体Ｔにインジェクション処理を行う場合に、どの順に処理を行うかは、前記挿入方向の動作の時間への影響は少ないが、前記調整移動の距離が大きく異なり、移動時間の和が大きく変わる。そのため、注入針１１の総移動距離が最短になるように順番を定めることで、担当範囲Ｅの全ての被導入体のインジェクション処理を行う総時間が短縮できる。
【００１９】
前記挿入順決定手段１０を設けた場合に、前記担当範囲演算手段９を次の構成としても良い。例えば、前記担当範囲演算手段９は、個々の注入針１１の前記総移動距離がほぼ均等となるように前記顕微鏡視野範囲Ｖの領域を分割するものとする。
前記挿入順決定手段１０を設けた場合は、個々の注入針１１の総移動距離が定まる。このように定まる総移動距離を均等化させることで、各注入針１１が担当するインジェクション処理の時間が均等化され、処理効率の向上が可能となる。
【００２０】
前記挿入順決定手段１０を設けた場合に、前記担当範囲演算手段９は、個々の注入針１１の前記総移動距離と処理個数の積がほぼ均等となるように顕微鏡視野範囲Ｖの領域を分割するものであっても良い。インジェクション処理のための注入針１１の移動に要する時間には、注入針１１が被導入体Ｔに対向する位置に来るように調整移動させる時間と、注入針１１を挿入方向に往復させる時間とがある。注入針１１を挿入方向に往復させる時間は、処理個数に依存する。調整移動させる時間は、前記総移動距離に依存する。そのため、総移動距離と処理個数の積がほぼ均等となるように顕微鏡視野範囲の領域を分割することで、各注入針が担当するインジェクション処理の時間がより一層均等化され、処理効率のさらなる向上が可能となる。また、上記のように処理個数と総移動距離の両者から処理時間が決定されるが、両者の積を用いることで、処理個数と総移動距離を反映させた適切な領域分割が簡単に行える。
【００２１】
前記挿入順決定手段１０を設けた場合に、前記担当範囲演算手段９は、注入針１１の移動時間と、注入針１１が被導入体Ｔに挿入されている間に導入物質の充填のために停止させるインジェクション時間とを用い、インジェクション時間と移動時間との和である処理時間がほぼ均等となるように前記顕微鏡視野範囲Ｖの領域を分割するものとしても良い。
移動時間の他に、注入針１１が導入物質の充填のために停止しているインジェクション時間を考慮することで、各注入針１１が担当するインジェクション処理の時間がより一層均等化され、処理効率のさらなる向上が可能となる。
【００２２】
この発明において、前記担当範囲演算手段９は、各注入針１１を並行して動作させたときに注入針１１同士の干渉が生じないことを優先条件とし、この優先条件下で前記顕微鏡視野範囲Ｖの領域を分割するものとしても良い。
各注入針１１を並行して動作させたときに注入針同士の干渉が生じる場合は、並行動作させることができない。したがって、干渉が生じないことを優先条件し、この優先条件を充足する範囲で、他の条件、例えば担当する面積がほぼ均等、あるいは担当する被導入体の数がほぼ均等となるように顕微鏡視野範囲の領域を分割することが実際的である。
【００２３】
この発明において、注入針１１同士が干渉しないように、各注入針１１の被導入体Ｔへのインジェクション処理の順番を決定する干渉回避手段７９を設けても良い。これにより、注入針１１同士の干渉の回避が確実となる。
【００２４】
被導入体Ｔの大きさに応じて、顕微鏡視野範囲Ｖを調整する視野範囲調整手段８６を設けても良い。顕微鏡視野範囲Ｖの調整は、例えば顕微鏡３の対物レンズの倍率変更により行う。被導入体Ｔの大きさにより、被導入体Ｔへの注入針１１の挿入位置の精度の要求が変わる。そのため、被導入体Ｔが大きいときは顕微鏡視野範囲Ｖを広げて容器位置の変更回数を減らし、被導入体Ｔが小さいときは顕微鏡視野範囲Ｖを狭めて精度向上を図ることで、導入に必要な精度の低下を生じることなく、インジェクション処理の効率の向上を図ることができる。
【００２５】
顕微鏡視野範囲Ｖに応じて前記容器位置調整手段１により容器１２の位置を順次移動させ、容器１２内の全領域で前記注入針１１のインジェクション処理を行わせるように前記容器位置調整手段１および前記各注入針１１の搬送手段４を制御する容器内全範囲処理手段１００を設けても良い。これにより、容器１２内の全ての被導入体Ｔに導入物質の導入を行うことができる。
【００２６】
前記容器内全範囲処理手段１００は、一つの顕微鏡視野範囲Ｖの全ての被導入体Ｔに対するインジェクション処理が行なわれた後、顕微鏡視野範囲Ｖに応じて前記容器１２を前記容器位置調整手段１により順次移動させ、各回の移動後の位置における容器１２内の被導入体Ｔに対するインジェクション処理を行わせるようにしても良い。この場合、被導入体Ｔの位置の記憶が、一つの顕微鏡視野範囲Ｖだけで済み、記憶容量が少なくて済む。
【００２７】
前記容器内全範囲処理手段１００を設けた場合に、前記各注入針１１のインジェクション処理の順番を、定められた規則より決める挿入順決定手段１０を備え、前記容器内全範囲処理手段１００は、顕微鏡視野範囲Ｖに応じて前記容器位置調整手段１により容器１２の位置を順次移動させ、複数回の移動先の各顕微鏡視野範囲Ｖまでの被導入体Ｔの位置を、インジェクション処理よりも前に、前記位置判定手段８により判定させ、かつ前記担当範囲演算手段９に各注入針１１が担当する前記範囲Ｅを決定させ、前記挿入順決定手段１０にインジェクション処理の順番を決定させるものとしても良い。
このように先行して移動先の被導入体Ｔの位置の情報を取得しておくことで、顕微鏡視野範囲Ｖのインジェクション処理時において、注入針の移動先の計算を先行して行うことができ、処理時間の短縮が図れる。
【００２８】
前記容器内全範囲処理手段１００を設けた場合に、前記各注入針１１のインジェクション処理の順番を定められた規則より決める挿入順決定手段１０を備え、前記容器内全範囲処理手段１００は、顕微鏡視野範囲Ｖに応じて前記容器位置調整手段１により容器１２の位置を順次移動させて前記容器１２内の全被導入体Ｔの位置を、インジェクション処理よりも前に前記位置判定手段８により判定させ、かつ前記担当範囲演算手段９に各注入針１１が担当する前記範囲Ｅを決定させ、前記挿入順決定手段１０にインジェクション処理の順番を決定させるものとしても良い。
容器１２内の全被導入体Ｔの位置を、インジェクション処理よりも前に前記位置判定手段８により判定させることで、より一層効率の良い領域分割やインジェクション処理順の決定等が行える。
【００２９】
前記容器内全範囲処理手段１００は、顕微鏡視野範囲Ｖに応じて前記容器位置調整手段１により容器１２の位置を順次移動させ、現在の顕微鏡視野範囲Ｖの被導入体Ｔの位置を位置判定手段８により判定させると同時に、複数回前の顕微鏡視野範囲Ｖの各被導入体Ｔへのインジェクション処理を、前記注入針移動制御手段８８による搬送装置４の移動によって行わせるようにしても良い。この構成の場合、被導入体Ｔの位置の演算をインジェクション処理中に行え、より一層効率良く全体のインジェクション処理を行うことができる。
【００３０】
前記容器内全範囲処理手段１００は、前記容器位置調整手段１により容器の１２位置を順次移動させるときに、顕微鏡視野範囲Ｖに重複する部分Ｖａを持つように移動させるものとしてもよい。重複する部分Ｖａを持たせることで、顕微鏡視野範囲Ｖの境界付近の被導入体Ｔに対して未処理が生じることを防止できる。
【００３１】
顕微鏡視野範囲Ｖに重複する部分Ｖａを持つように前記容器１２を移動させる場合に、前記容器内全範囲処理手段１００は、前記重複する部分Ｖａの面積が同じになるようにしても良い。重複する部分Ｖａの面積を同じとすることで、容器内の範囲を多数の顕微鏡視野範囲Ｖに区分する処理が容易になる。
【００３２】
顕微鏡視野範囲Ｖに重複する部分Ｖａを持つように移動させる場合に、前記容器内全範囲処理手段１００は、前記容器位置調整手段１により容器１２の位置を順次移動させるときに、定められた規則により、顕微鏡視野範囲Ｖ内に基準となる被導入体Ｔｏ を決定し、その被導入体Ｔｏ が含まれる領域が重複するように移動させるものとしても良い。この構成の場合、重複する位置にある被導入体Ｔｏが基準であり、被導入体Ｔｏの位置が明確となる。
【００３３】
この発明において、前記搬送手段は、進退自在に設置された移動体と、この移動体を移動させる進退駆動手段とを有し、前記進退駆動手段は、駆動源として、複数の圧電素子が積層されて積層方向に伸縮する圧電素子積層体を有するものとしても良い。駆動源として積層型の圧電素子を用いた場合は、搬送手段をより一層小型化できて、前記容器の周囲の限られたスペースに多数の搬送手段を配置でき、それだけ多数の注入針を使用することができてインジェクション処理の効率向上が可能となる。
【００３４】
駆動源として前記圧電素子積層体を用いた場合に、前記搬送手段における前記圧電素子積層体を駆動源とする進退駆動手段は、圧電素子積層体を平行に配置し、これら複数の圧電素子積層体を、結合部材を介して伸縮方向に直列に接続しても良い。
このように複数本の圧電素子積層体を平行に配置して直列接続した場合、コンパクトな構成でより一層大きな変位が得られる。注入針の先端が、撮像手段によって得られた画像における所定視野内全域を移動可能にするためには、搬送手段による注入針の移動距離は１ｍｍ以上であることが望ましいが、上記の圧電素子積層体の配置，接続構成とすることで、大きなスペースを要することなく、注入針に必要な移動量を十分確保することができる。
【００３５】
この構成の場合に、前記搬送手段における前記圧電素子積層体を駆動源とする進退駆動手段は、圧電素子積層体の伸縮をその伸縮方向と直交する方向の変位に拡大する拡大機構を有するものとしても良い。前記拡大機構は、例えばリンク機構とする。
拡大機構を有すると、注入針に必要な移動量を確保するうえで、より効果的なものとなる。リンク機構によると、簡単な構成の拡大機構とできる。
【００３６】
また、前記圧電素子積層体を駆動源とする構成の場合に、前記搬送手段における前記圧電素子積層体を駆動源とする進退駆動手段は、圧電素子積層体の伸縮をその伸縮方向と平行な方向の変位に拡大する拡大機構を有するものとしても良い。前記拡大機構は、例えばリンク機構とする。 伸縮方向と平行な方向の変位に拡大するようにした場合も、注入針に必要な移動量を確保するうえで、より効果的なものとなる。
【００３７】
圧電素子積層体の伸縮をその伸縮方向と直交する方向の変位に拡大する拡大機構を有する場合、および伸縮方向と平行な方向の変位に拡大する拡大機構を有する場合のいずれにおいても、前記リンク機構は、次の構成のものが採用できる。すなわち、前記リンク機構は、１つの固定ジョイントと２つの可動ジョイントと２つのリンクとからなるクランク・スライダ機構を有し、このクランク・スライダ機構は、前記圧電素子の伸長方向の変位を、前記２つの可動ジョイントおよび２つのリンクを介して、固定ジョイントの円周上の任意の方向に変換し更に変位を拡大可能としても良い。リンク機構をこの構成した場合、部品点数の削減や寸法の小型化が図れる。
【００３８】
この発明において、前記搬送手段は、少なくとも第１の移動体と第２の移動体とを互いに直交する方向に進退自在とした２自由度を持っていて、第２の移動体に前記注入針を支持し、前記第１の移動体が第１のガイドを介して基台に直線方向に進退自在移動可能に設置され、第１の移動体の上に第２のガイドを介して第２の移動体が、前記直線方向と直交する方向に進退自在に設置され、前記第１の移動体および第２の移動体をそれぞれ進退させる第１の進退駆動手段および第２の進退駆動手段が前記基台に設置され、前記第２の進退駆動手段の出力部材が、第２の移動体に対して進退移動可能な方向と直交する方向に対して移動が自在に連結され、または接触するものとしても良い。
この構成の場合、前記搬送手段は、移動体と進退駆動手段を分離し、各自由度に対する進退駆動手段をいずれも基台に設置したため、搬送手段を小型化でき、また移動体の質量を低減できて搬送手段の高速駆動が可能となる。各自由度に対する進退駆動手段をいずれも基台に設置したが、基台に対して第１の移動体を介して設置される第２の移動体に対しては、第２の進退駆動手段の出力部材が、その進退移動可能な方向と直交する方向に対
して移動が自在に連結され、または接触するため、第１の移動体の移動した位置に係わらず、第２の進退駆動手段の進退駆動を第２の移動体に伝達することができる。
また、搬送手段を小型化できるため、細胞等の被導入体が入ったシャーレ等の容器の周辺に複数の搬送手段を配置することが実現容易となる。そのため複数の被導入体に対して注入針先端の位置決めを同時に行うことが出来、一度に多数の被導入体へのインジェクション処理を実行することが出来、ハイスループット化が可能となる。
【００３９】
この発明において、被導入体が細胞であり、導入物質が、ＤＮＡおよびタンパク質等の遺伝子制御因子であっても良い。このような細胞への遺伝子制御因子の注入の場合に、この発明における、複数の注入針で効率良く確実に行うことができて、処理効率の向上が可能という利点が、効果的に発揮される。
【発明の効果】
【００４０】
この発明のマイクロインジェクション装置は、内部に導入物質が充填された注入針を被導入体に挿入することにより、被導入体内に導入物質を導入するインジェクション処理を行うマイクロインジェクション装置であって、 前記被導入体の入った容器の位置を調整する容器位置調整手段と、この容器位置調整手段で位置調整された容器の内部の被導入体に対して、複数の注入針をそれぞれ個別に少なくとも２次元方向に移動可能な複数の搬送手段と、前記容器位置調整手段により位置調整された前記容器の内部を、顕微鏡を通して顕微鏡視野範囲で撮像する撮像手段と、この撮像手段によって得られた画像から前記顕微鏡視野範囲の各被導入体の位置を判定する位置判定手段と、この位置判定手段で判定された各被導入体の位置の情報から、定められた規則に従って各注入針の搬送手段の負荷が均等化されるように、各注入針が担当する前記顕微鏡視野内での範囲を決定する担当範囲演算手段と、この担当範囲演算手段で決定された担当範囲の各被導入体に対して、前記位置判定手段で判定された各被導入体の位置の情報から前記各搬送手段に注入針の移動を行わせる注入針移動制御手段とを備えるため、細胞等の被導入体への導入物質の導入を、複数の注入針で効率良く確実に行うことができて、処理効率の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】（Ａ）はこの発明の第１の実施形態にかかるマイクロインジェクション装置の概念構成の説明図、（Ｂ）はその容器内の顕微鏡視野範囲による分割の説明図、（Ｃ）はその顕微鏡視野範囲の担当範囲への分割の説明図である。
【図２】同マイクロインジェクション装置における搬送手段の配置構成を示す平面図である。
【図３】顕微鏡視野範囲の分割形態の一例を示す説明図である。
【図４】顕微鏡視野範囲の分割形態の他の例を示す説明図である。
【図５】顕微鏡視野範囲の分割形態のさらに他の例を示す説明図である。
【図６】顕微鏡視野範囲の分割形態のさらに他の例を示す説明図である。
【図７】（Ａ）は容器内の全ての被導入体の位置をまとめて判定する動作の説明図、（Ｂ）は容器内の複数分割された範囲毎に被導入体の位置をまとめて判定する動作の説明図である。
【図８】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ顕微鏡視野範囲の重複部分を持たせる形態の説明図である。
【図９】同マイクロインジェクション装置における搬送手段の他の配置構成を示す平面図である。
【図１０】同マイクロインジェクション装置における搬送手段の側面図である。
【図１１】同マイクロインジェクション装置における搬送手段のＸ軸移動機構およびＹ軸移動機構を示す一部省略平面図および正面図である。
【図１２】同搬送手段のＸ軸移動機構およびＹ軸移動機構を示す平面図および正面図である。
【図１３】同搬送手段の進退駆動手段の一例を示す断面図である。ある。
【図１４】同マイクロインジェクション装置における容器位置調整手段の一例を示す平面図である。
【図１５】同搬送手段の進退駆動手段における出力部材と移動体との接触部の一例を示す拡大平面図である。
【図１６】同搬送手段の進退駆動手段における出力部材と移動体との接触部の他の例を示す拡大平面図である。
【図１７】同マイクロインジェクション装置における搬送手段のＸ軸移動機構およびＹ軸移動機構の他の例を示す平面図および正面図である。
【図１８】同マイクロインジェクション装置における搬送手段のＸ軸移動機構およびＹ軸移動機構のさらに他の例を示す平面図および正面図である。
【図１９】同マイクロインジェクション装置における搬送手段のＸ軸移動機構およびＹ軸移動機構のさらに他の例を示す平面図および正面図である。
【図２０】同マイクロインジェクション装置における搬送手段のＸ軸移動機構およびＹ軸移動機構のさらに他の例を示す平面図および正面図である。
【図２１】同搬送手段におけるＺ軸移動機構の一例の縦断面図とその制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図２２】同搬送手段における進退駆動手段とその制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す他の例の図である。
【図２３】同搬送手段における進退駆動手段とその制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせたさらに他の例を示す図である。
【図２４】同搬送手段における進退駆動手段とその制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせたさらに他の例を示す図である。
【図２５】同進退駆動手段におけるリンク機構の一構成例を示す平面図、（Ｂ）は同リンク機構の他の構成例を示す平面図およびその部分拡大断面図、（Ｃ）は同リンク機構のさらに他の構成例を示す平面図である。
【図２６】同搬送手段における進退駆動手段とその制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせたさらに他の例を示す図である。
【図２７】同搬送手段の進退駆動手段におけるリンク機構のさらに他の構成例を示す平面図である。
【図２８】同搬送手段における進退駆動手段とその制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせたさらに他の例を示す図である。
【図２９】同進退駆動手段のリンク機構の一構成例を示す平面図である。
【図３０】同リンク機構の他の一構成例を示す平面図である。
【図３１】従来例の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図８と共に説明する。図１は、このマイクロインジェクション装置の概念図を示す。このマイクロインジェクション装置は、内部に導入物質の充填された微小な注入針１１を被導入体Ｔに挿入することにより、被導入体Ｔ内に導入物質を導入する装置である。被導入体Ｔは、例えば細胞である。この細胞は、人体の細胞であっても、他の任意の動物や植物等の生物の細胞であっても良い。
このマイクロインジェクション装置は、容器位置調整手段１と、複数の注入針１１に対して個別に設けたマニピュレータである複数の搬送手段４と、これら各搬送手段４を注入準備位置と退避位置との間で進退させる搬送手段退避機構３９と、撮像手段２と、顕微鏡３と、装置全体の動作を制御する制御装置５とを備える。
【００４３】
容器位置調整手段１は、被導入体を収容するシャーレ等の容器１２が載置状態に保持された容器載置台１３を水平な直交２軸方向（Ｘ軸，Ｙ軸方向）に移動させて容器１２の位置を調整する手段であり、ＸＹステージ装置６により構成される。
なお、この明細書でいうＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、マイクロインジェクション装置の全体における共通の座標系として定められる直角座標の各軸を表すが、搬送手段４については、それぞれ個別の装置説明での各自由度に対する軸として表す場合がある。
【００４４】
撮像手段２は、顕微鏡３と共に、容器載置台１３の上方の固定位置に、容器１２を俯瞰するように１台だけ設置される。撮像手段２は、容器１２の内部を局部的に拡大した平面視画像等の画像を、顕微鏡３を通して撮像するカメラなどであり、顕微鏡３の視野範囲Ｖ（図１（Ｂ））毎の撮像を行う。顕微鏡視野範囲Ｖは、容器位置調整手段１により容器１２を移動させることで、容器１２内の任意の位置が顕微鏡視野範囲Ｖとされる。例えば、図１（Ｂ）のように容器１２内を区分した各範囲が顕微鏡視野範囲Ｖとされる。撮像した画像は、画像処理手段７によって処理される。顕微鏡３は、外部から与えられる入力信号によって対物レンズ（図示せず）の倍率などを調整することで、視野範囲の調整が可能な駆動式の倍率調整手段（図示せず）を有する。
【００４５】
搬送手段４は、個々の注入針１１をそれぞれ移動させるＸＹＺステージ装置等からなる手段であり、複数設けられる。これら複数の搬送手段４は、図２に平面図で示すように、容器載置台１３の上方に位置して、容器１２を囲むように、容器１２の中心に対して放射状に配置される。同図の例では、搬送手段４は、容器１２の左右にそれぞれ複数個（例えば２個）ずつが等角度間隔で配置され、左右の搬送手段４は、互いに放射中心に対して同一直線上に対向して位置している。搬送手段４は、図９のように左右に３つが等角度間隔で並ぶように配置しても、さらに多数設けても良い。
【００４６】
図１において搬送手段４は、３自由度を有する機構であり、注入針１１を３次元方向に移動可能である。具体的には、搬送手段４は、注入針１１を水平な直交２軸方向に移動させる機構と、注入針１１を水平面に対して傾斜した直線方向に進退させる機構とからなる。搬送手段４のより具体的な構成は、後に詳しく説明する。なお、搬送手段４は、少なくとも２自由度、すなわち直交２軸方向の移動が可能であれば、複数設置して並行してインジェクション処理させることができる。
【００４７】
制御装置５は、コンピュータおよびこれに実行されるプログラムにより構成され、これらによって、位置判定手段８、担当範囲演算手段９、挿入順決定手段１０、目標位置決定手段８０、容器内全範囲処理指令手段１００、視野範囲調整手段８６、容器移動間隔決定手段８７、注入針移動制御手段８８、および容器移動制御手段８９が構成されている。さらに、干渉回避手段７９を設けても良い。制御装置５は、この他に、キーボードやマウス等の手操作による入力手段や、通信回線や記録媒体から入力する入力手段、および画像の表示が可能な液晶表示装置等の表示手段（いずれも図示せず）が備えられ、または接続されている。
【００４８】
位置判定手段８は、撮像手段２によって得られた画像から、顕微鏡３の視野範囲Ｖの各被導入体Ｔの位置を判定する手段である。撮像手段２によって得られた画像は、画像処理手段７によって２値画像等に処理され、位置判定手段８は、例えばその２値画像の黒点位置が被導入体Ｔの位置とする。被導入体Ｔの位置は、顕微鏡視野範囲内の直交２軸方向の座標位置として判定する。顕微鏡視野範囲Ｖと、容器１２の位置との関係から、被導入体Ｔの容器１２に対する座標位置や、容器位置調整手段１の基準位置に対する被導入体Ｔの座標位置が求まる。位置判定手段８で判定された各被導入体Ｔの位置は、位置判定手段８における位置記憶部８ａに記憶される。
【００４９】
担当範囲演算手段９は、顕微鏡視野Ｖ内における各注入針１１が担当する範囲Ｅを決定する手段であり、位置判定手段８で判定されて位置記憶部８ａに記憶された各被導入体Ｔの位置の情報から、定められた規則Ｒに従って担当範囲Ｅを決定する。この規則Ｒは各注入針１１の搬送手段４の負荷が均等化されるように担当範囲Ｅを決定するものとされる。
【００５０】
担当範囲演算手段９による担当範囲Ｅの決定は、例えば、図３、図４、図５、または図６に示すように行う。いずれの例においても、視野範囲Ｖを、この視野範囲Ｖ内に定めた放射中心Ｏの回りに、それぞれの分割範囲が各注入針１１に近い位置となるように、放射状の分割線Ｌにより注入針１１の個数分の分割範囲に分割し、その近い位置の分割範囲をその注入針１１の担当範囲Ｖとすることを前提とする。放射中心Ｏは、視野範囲Ｖの中心、つまり図心としても良く、また任意に定めた点であっても良い。この前提下で各図のように定める。
【００５１】
図３は、各注入針１１が担当する面積がほぼ均等となるように、顕微鏡視野範囲Ｖの領域を、放射中心Ｏ回りの分割線Ｌで複数の担当範囲Ｅに分割する例である。放射中心Ｏは、視野範囲Ｖの中心としたが、視野範囲Ｖの中心から偏った位置としても良い。
図４は、各注入針１１が担当する被導入体Ｔの数がほぼ均等となるように、顕微鏡視野範囲Ｖの領域を、放射中心Ｏ回りの分割線Ｌで複数の担当範囲Ｅに分割する例である。放射中心Ｏは、上記の例で視野範囲Ｖの中心としたが、視野範囲Ｖの中心から偏った位置としても良い。
図５は、個々の注入針１１の搬送手段４による総移動距離がほぼ均等となるように、顕微鏡視野範囲Ｖの領域を、放射中心Ｏ回りの分割線Ｌで複数の担当範囲Ｅに分割する例である。この例も、放射中心Ｏは、視野範囲Ｖの中心としたが、視野範囲Ｖの中心からずれた位置としても良い。なお、総移動距離は、担当範囲Ｅ内の各被導入体Ｔへのインジョクション処理を行う順番が異なれば変わるため、総移動距離が最短となるインジョクション処理順をとる場合の総移動距離がほぼ均等となるようにする。総移動距離が最短となるインジョクション処理順は、挿入順決定手段１０により演算される。この場合に、例えば、担当範囲Ｅを種々仮に定め、その各場合の総移動距離を比較することで、総移動距離がほぼ均等となる担当範囲Ｅを計算することができる。
【００５２】
担当範囲演算手段９は、上記各例の他にも、種々の担当範囲Ｅを定める手法が採用できるが、これらについては、後にこのマイクロインジェクション装置の動作の説明欄で説明する。
【００５３】
挿入順決定手段１０は、個々の注入針１１毎に、担当する各被導入体Ｔへのインジェクション処理の動作における注入針１１の総移動距離が最短になるように、担当範囲Ｅ内における被導入体Ｔのインジェクション処理の順番を決定する手段である。
【００５４】
目標位置決定手段８０は、挿入順決定手段１０で順番が決定された個々の被導入体Ｔに対し、注入針１１を挿入する目標となる座標位置を決定する手段である。この座標位置は、被導入体Ｔの顕微鏡視野範囲Ｖ内での座標位置と、その顕微鏡視野範囲Ｖの容器位置に対する座標位置から定められる。容器位置は、容器位置調整手段１によって移動させられた位置である。
【００５５】
注入針移動制御手段８８は、目標位置決定手段８０によって決定された目標の座標位置へ注入針１１が移動するように搬送手段４を制御する手段である。注入針移動制御手段８８は、個々の注入針１１毎に設けた注入針個別制御部８８ａの総称である。これら注入針個別制御部８８ａを総称して注入針移動制御手段８８と称する。注入針個別制御部８８ａは、個々の搬送手段４における、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の各駆動源の制御を行う。
【００５６】
容器移動制御手段８９は、入力された容器位置のＸＹ方向の座標位置となるように、容器位置調整手段１の水平方向となる各軸方向（Ｘ方向，Ｙ方向）の駆動源を制御する手段である。
【００５７】
容器内全範囲処理指令手段１００は、顕微鏡視野範囲Ｖに応じて、容器位置調整手段１により容器１２の位置を順次移動させ、容器１２内の全領域で注入針１１のインジョクション処理を行わせるように容器位置調整手段１および各注入針１１の搬送手段４を制御する手段である。この制御は、注入針移動制御手段８８および容器移動制御手段８９に指令を与えることで、注入針移動制御手段８８および容器移動制御手段８９を介して行う。例えば、図１（Ｂ）のように、容器１２の全範囲を、顕微鏡視野範囲Ｖが縦横にマトリクス状に並ぶ領域に区分し、その区分された各顕微鏡視野範囲Ｖに順次位置するように、容器位置調整手段１で容器１２を移動させて位置決めし、各容器１２の停止位置でそのときの顕微鏡視野範囲Ｖに対して、各注入針１１の搬送手段４を駆動させる。なお、容器１２の範囲に顕微鏡視野範囲Ｖを配列にする場合に、後述のように重複範囲が生じても良い。
【００５８】
容器内全範囲処理指令手段１００は、この例では、一つの顕微鏡視野範囲Ｖにおけるインジョクション処理が終了するごとに、容器１２の位置を移動させ、次の一つの顕微鏡視野範囲Ｖにおける被導入体Ｔの位置の判定、およびインジェクション処理を行う動作を繰り返すようにしている。この他に、後述の例のように、容器１２内の全範囲や、その一部となる複数の顕微鏡視野範囲Ｖにおける被導入体Ｔの位置の判定をまとめて行うようにしても良い。
【００５９】
視野範囲調整手段８６は、被導入体Ｔの大きさに応じて、顕微鏡視野範囲Ｖを調整する手段である。被導入体Ｔの大きさは、例えば、画像処理手段７により処理された画像から判別される被導入体Ｔの平均的な大きさであっても良く、その場合、視野範囲調整手段８６は、例えば前記被導入体Ｔの平均的な大きさを計算する機能を有するものとする。また被導入体Ｔの大きさは、制御装置５に対して入力手段（図示せず）から与えるようにしても良い。視野範囲調整手段８６による視野範囲の調整は、例えば、顕微鏡３の有する倍率調整機構（図示せず）の駆動源に指令を与えることで行う。倍率調整機構は、対物レンズ（図示せず）の自動切替等によって倍率を調整する。
【００６０】
容器移動間隔決定手段８７は、図１（Ｂ）のように顕微鏡視野範囲Ｖで区分して、容器位置を隣の顕微鏡視野範囲Ｖに移動させるときに、その移動距離を、視野範囲調整手段８６で調整された視野範囲に対応する距離とする手段である。
【００６１】
干渉回避手段７９は、挿入順決定手段１０で各注入針の被導入体Ｔへのインジェクション処理の順番を決定するにつき、注入針１１同士が干渉しないように処理順を決定させる手段である。なお、各注入針１１の搬送装置４が、注入針１１の相互の干渉が生じることがないように配置されている場合は、干渉回避手段７９は設ける必要がない。しかし、微小な範囲で複数の注入針１１を並行動作させるため、不測の干渉が生じないように、並行動作時に互いに離れた位置の被導入体Ｔにインジェクション処理を行うように、干渉回避手段７９によって、挿入順決定手段１０にインジェクション処理の順番を決定させるようにしても良い。
【００６２】
次の上記構成のマイクロインジェクション装置の動作を説明する。インジェクション処理は、容器１２内の全領域に対し行うが、顕微鏡視野範囲Ｖ毎に順次行う。まず、個々の顕微鏡視野範囲Ｖでのインジェクション処理について説明する。被導入体Ｔへの導入のための注入針１１の水平方向（直交２軸方向）および注入方向の位置決めは、全て、個々の注入針１１毎に設けられた搬送手段４で行う。そのため、容器１２の周りに放射状に配置された複数の注入針１１により、並行してインジェクション処理を行うことができる。
【００６３】
処理に際して、まず、顕微鏡視野範囲Ｖの全ての被導入体Ｔに対し、撮像手段２で撮像し、画像処理手段７による画像処理を行って位置判定手段８により位置を判定し、位置記憶部８ａに記憶する。なお、この位置判定は、後述のように容器１２内の全領域についてまとめて行っても良いが、この実施形態では、顕微鏡視野範囲Ｖ内の全被導入体Ｔへのインジェクション処理が終了した後、容器１２を容器位置調整手段１で近接した別の位置へ移動させ、その位置で被導入体Ｔの位置を画像処理よって認識し、インジェクション処理を行う動作を繰り返す。
【００６４】
各注入針１１が担当する顕微鏡視野Ｖ内での担当範囲Ｅは、担当範囲演算手段９によって、定められたように割り振る。この場合に、担当範囲演算手段９は、各注入針１１の搬送手段４の負荷が均等化されるように、換言すれば、各注入針１１の搬送手段３による動作量が均一化されるように担当範囲Ｅを決定し、各注入針１１で並行にインジェクション処理を行う。これにより、総処理時間が短縮される。
【００６５】
担当範囲Ｅの割り振りについては、例えば図３のように、各注入針１１が担当する面積がほぼ均等となるように、顕微鏡視野範囲Ｖの領域を複数の担当範囲Ｅに分割する。図４のように、各注入針１１が担当する被導入体Ｔの数がほぼ均等となるように、顕微鏡視野範囲Ｖの領域を複数の担当範囲Ｅに分割しても良い。図４では、分割線Ｌを顕微鏡視野範囲Ｖの中心を基準として僅かに回転させている。これは、担当範囲Ｅの面積が大きくなると搬送装置４の移動距離が長くなり処理時間に差が生じてしまうため、出来るだけ担当範囲Ｅの面積の差が無いようにするためである。ただし、図４の例は担当範囲の設定方法を限定するものではない。
【００６６】
また、図５のように各注入針１１の処理する領域（担当範囲Ｅ）における総移動距離がほぼ均一になるように、顕微鏡視野範囲Ｖ内を分割してもよい。図４と同様に、被導入体Ｔへの処理において、各注入針１１の搬送手段４の移動距離に差が生じると、処理時間に差が生じてしまうため、位置記憶部８ａの内容から、挿入順決定手段１０は各注入針１１につき、被導入体Ｔの処理順を決定し、その順番において総移動距離を計算し、総移動距離がほぼ均一になるように顕微鏡視野範囲Ｖ内を分割する。
【００６７】
また、担当範囲演算手段９は、図３〜５と共に前述した分割方法に限らず、各注入針１１の処理する領域（担当範囲Ｅ）における処理個数と総移動距離の積ができるだけ小さくなるように、顕微鏡視野範囲Ｖ内を分割してもよい。処理個数と移動距離の両者から処理時間は決定される。各注入針１１の処理時間の相対的な比較を簡易的に行うために、両者の積を用いている。
【００６８】
また、各注入針１１の処理する担当範囲Ｅにおける処理時間がほぼ均一になるように、顕微鏡視野範囲Ｖ内を分割してもよい。この場合、担当範囲演算手段９により、インジェクション処理における、注入針１１が被導入体Ｔ内にあって停止して導入物質の導入が完了するまで待つ時間と、注入針１１の移動距離から処理時間を計算し、処理時間がほぼ均一になるように各注入針１１の担当を決定する。
【００６９】
また、前記担当範囲演算手段９は、各注入針１１を並行して動作させたときに注入針１１同士の干渉が生じないことを優先条件とし、この優先条件下で前記顕微鏡視野範囲Ｖの領域を分割するものとしても良い。例えば、図７に示すように干渉部分Ｉが生じる場合、同図のように分割する。各注入針１１を並行して動作させたときに注入針同士の干渉が生じる場合は、並行動作させることができない。したがって、干渉が生じないことを優先条件し、この優先条件を充足する範囲で、他の条件、例えば担当する面積がほぼ均等、あるいは担当する被導入体の数がほぼ均等となるように顕微鏡視野範囲の領域を分割することが実際的である。その際、重複する領域を設けてもよいが、重複する領域ができるだけ小さくなるようにした方がよい。重複部分を設ける際、挿入順決定手段１０は、注入針１１同士が干渉しないように、被導入体Ｔへのインジェクションの順番を決定する。
【００７０】
つぎに、容器１２内の全領域へのインジェクション処理について説明する。顕微鏡視野範囲Ｖは、容器１２内の一部の領域であるため、容器１２を順次移動させ、容器１２内の全領域においてインジェクション処理を行う必要がある。前述の例では、一つの顕微鏡視野範囲Ｖ内のインジェクション処理が終了する毎に、容器１２を移動させて次の顕微鏡視野範囲Ｖ内の各被導入体Ｔの位置を判定し、インジェクション処理を行う動作を繰り返すようにしたが、次のようにまとめて被導入体位置の判定を行うようにしても良い。
【００７１】
例えば、容器１２内の全領域の処理を行うにあたって、容器内全範囲処理指令手段１００は、先ず、図７（Ａ）のように、最初に容器１２を顕微鏡視野範囲Ｖに応じて順次移動させ、容器１２内の全ての被導入体Ｔの位置を、位置判定手段８に判定させて位置記憶部８ａに記憶させる。位置記憶部８ａには、顕微鏡視野範囲Ｖと対応させて被導入体Ｔの位置を記憶させる。このように記憶させた情報を用い、担当範囲演算手段９による図３〜５等のような担当範囲Ｅの分割、挿入順決定手段１０によるインジェクション処理の順番を計算する。
【００７２】
ここで、一括で容器１２内の全ての被導入体Ｔの位置を判定するようにしたが、位置記憶部８ａの記憶容量や、担当範囲演算手段９等の処理速度に応じて、複数回先の被導入体Ｔの位置までを判定して記憶しておき、顕微鏡視野範囲Ｖのインジョクション処理中に、並行して複数回先の顕微鏡視野範囲Ｖの注入針１１の担当範囲Ｅの計算、インジェクション処理の順番の計算を行うようにしても良い。図７（Ｂ）では、容器１２内を４分割した例を示す。直線Ｍはその分割の境界線を示す。この様に、先行して移動先の被導入体Ｔの位置の情報を取得しておくことで、顕微鏡視野範囲Ｖのインジェクション処理中において移動先の計算を先行して行うことができ、処理時間の短縮が図れる。
【００７３】
また、容器１２を移動させる際には、今回の顕微鏡視野範囲Ｖと次回の顕微鏡視野範囲Ｖとに重複する部分Ｖａを設けても良く、これにより、顕微鏡視野範囲Ｖの境界付近の被導入体Ｔへの未処理が生じることを回避できる。ここで、重複する部分は、図８（Ａ）に斜線範囲で示すように一定の面積としても良く、また図８（Ｂ）のように顕微鏡視野範囲Ｖから基準とする被導入体Ｔを、定められた適宜の方法で決定しておき、その基準とした被導入体Ｔｏ の移動距離を管理しても良い。これによっても、上記の重複する部分の面積を一定とする場合と同等の効果が得られる。なお、基準とする被導入体Ｔｏ は、例えば、顕微鏡視野範囲Ｖにおいて、もっとも右上の端にある被導入体ＴをＴｏと定める。
【００７４】
上記のように、容器１２内の被導入体Ｔの位置の情報を取得しておき、インジェクション処理と同時に、並行して複数回先の顕微鏡視野範囲Ｖの計算を行うことで、総合的にインジェクション動作を短縮することが可能になった。
【００７５】
次に、このマイクロインジェクション装置における前記制御装置５を除く部分であるマイクロインジェクション装置本体の各具体例を、図１０〜図３０と共に説明する。図１０〜図１４は、マイクロインジェクション装置本体の第１の具体例を示す。
第１の具体例につき、全体の構成の詳細な説明に先立って、特徴となる構成および作用効果を説明する。この具体例では、搬送手段４のＸ軸方向とＹ軸方向の直交２軸方向の移動につき、移動体４１，４２と進退駆動手段（動力部）４５，４６とを分離し、進退駆動手段（動力部）４５，４６を固定部に設置することで移動体の質量を低減でき、搬送手段の高速駆動を可能としている。
従来では、 注入針の搬送手段において、注入針が、直行するＸ軸方向、Ｙ軸方向の２自由度を移動する場合、例えばＸ軸移動機構上にＹ軸移動機構を積み重ねるように配置していた。この場合Ｘ移動機構は注入針とＹ軸移動機構との両者を駆動するため高速移動が困難であった。この実施形態では、このような移動機構の積み重ねを回避し、軽量化による高速移動を実現している。
【００７６】
また、従来では、注入針の駆動には、ボールネジや超音波モータが使用されていたが、この例では、注入針１１の注入方向（Ｚ軸方向）の移動に、圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂ（図１３）を用いた小型アクチュエータを組み合わせることによって、注入針１１を駆動するマニピュレータである搬送装置４の小型化を図っている。圧電アクチュエータは、電気エネルギから機械エネルギに変換する変換効率が高く、印加する電圧を変えることにより、発生する変位を比較的簡単に可変することができ、制御性に優れた特徴がある。また、この例では、クランク・スライダ機構を用いているため、圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂの変位を拡大することができる。
搬送装置２は、被導入体Ｔに対して少なくとも２自由度の駆動機構を持つことにより、注入針先端の位置決めが搬送装置２の単体で可能となる。搬送装置４の小型化により、細胞等の被導入体Ｔの入った容器１２の周辺の限られたスペースに複数の搬送装置４配置することを可能とした。複数の搬送装置４は、同時に各注入針１１の先端の位置決めを行うことを可能としている。
【００７７】
また、位置決め制御は前記のように制御装置５（図１）で行うが、各注入針１１が担当する担当範囲Ｅを決定し、各注入針１１の搬送装置４の負荷を均等化させるようにしたため、より搬送装置４のより一層の小型化が可能になる。
【００７８】
これらのマイクロインジェクション装置本体における搬送装置４の小型化の工夫と、複数の搬送装置４を、負荷を均等化して用いる制御上の工夫との組合せにより、容器１２内の全ての被導入体Ｔにインジョクション処理を行うにつき、その処理時間の短縮を実現することができる。
すなわち、この実施形態によれば、マニピュレータである搬送手段４を小型化することが出来、細胞等の被導入体Ｔが入ったシャーレ等の容器１２の周辺に、複数の搬送手段４を配置することができる。また、複数の被導入体Ｔに対して注入針１１の先端の位置決めを同時に行うことが出来、一度に多数の被導入体Ｔへのインジェクション処理を実行することが出来て、ハイスループット化が可能となる。また、インジェクション処理を行うにあたって、各注入針１１の担当範囲Ｅやインジェクション順番の計算を先行して行っておくことで、計算による待ち時間を減らし、時間短縮が図れる。
【００７９】
マイクロインジェクション装置本体の各具体例の詳細な構成を説明する。図１０〜図１４は第１の具体例を示す。
図１において、容器位置調整手段１は、前述のように、被導入体を収容するシャーレ等の容器１２が載置状態に保持された容器載置台１３を水平な直交２軸方向に移動させて容器１２の位置を調整する手段であり、ＸＹステージ装置６により構成される。
【００８０】
ＸＹステージ装置６は、例えば図１４に平面図で示すように、基台１８１にガイド１８２を介してＹ軸方向に移動自在に設置された下側可動台１８３と、この下側可動台１８３上のガイド１８４を介してＸ軸方向に移動自在に設置された上側可動台１８５と、上記下側可動台１８３および上側可動台１８５を可動方向に進退させる各軸の可動台駆動機構１８６，１８７とで構成される。可動台駆動機構１８６，１８７は、超音波モータやリニアモータであっても、モータとボールねじ等の回転・直線運動変換機構とでなるものであっても良い。上側可動台１８５に、図１の上記容器載置台１３が設置され、または上側可動台１８５自体が、上記容器載置台１３となる。
【００８１】
図１において搬送手段４は３自由度を有する。そのうちの１自由度を担う移動機構は、容器載置台１３に対して水平方向の直交する２方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向）のうち一方向（Ｘ軸方向）に、第１の移動体４１共に注入針１１を移動させるＸ軸移動機構１４である。他の１つの自由度を担う移動機構は、水平方向の直交する２方向のうちの他の一方向（Ｙ軸方向）に、第２の移動体４２と共に注入針１１を移動させるＹ軸移動機構１５である。さらに他の１つの自由度を担う移動機構は、容器１２の内部に向けて傾斜する方向となる注入針中心軸方向に注入針１１を移動させるＺ軸移動機構１６である。
【００８２】
図１１に示すように、Ｘ軸移動機構１４を構成する第１の移動体４１は、搬送装置４の基台４０に第１のガイド４３を介して直線方向（Ｘ軸方向）に進退自在移動可能に設置されている。Ｙ軸移動機構１５を構成する第２の移動体４２は、第１の移動体４１の上に第２のガイド４４を介して前記直線方向（Ｘ軸方向）と直交する直線方向（Ｙ軸方向）に進退自在に設置されている。第１の移動体４１および第２の移動体４２は、それぞれ矩形の板状とされている。図１のように、第２の移動体４２の上に、Ｚ軸移動機構１６が搭載されている。Ｚ軸移動機構１６は、注入針１１の注入角度が下向きに傾斜した所定角度となるように設置される。また、基台４０は、搬送手段退避機構３９により進退させられる。
【００８３】
図１１において、第１の移動体４１および第２の移動体４２をそれぞれ進退させる第１の進退駆動手段４５および第２の進退駆動手段４６は、前記基台４０に設置されている。第１の進退駆動手段４５の出力部材４５ａは、第１の移動体４１に対してこの第１の移動体４１が進退移動可能な方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）に対して移動が自在に接触している。第２の進退駆動手段４６の出力部材４６ａは、第２の移動体４２に対してこの第２の移動体４２が進退移動可能な方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）に対して移動が自在に接触している。
【００８４】
第１のガイド４３は、基台４０上に設置されたレール４３ａと、第１の移動体４１の下面に設けられて前記レール４３ａに沿って進退自在な直動転がり軸受等の被案内体４３ｂとでなり、２個が互いに平行に設けられている。第２のガイド４４は、第１の移動体４１の上に設置されたレール４４ａと、第２の軌道体４２の下面に設けられて前記レール４４ａに沿って進退自在な直動転がり軸受等の被案内体４４ｂとでなり、２個が互いに平行に設けられている。第１，第２のガイド４３，４４のレール４３ａは、長さ方向に沿って案内溝（図示せず）が設けられており、直動転がり軸受からなる被案内体４３ｂ，４４ｂは、前記案内溝に脱落不能に嵌まり込んだ転動体（図示せず）を有する。
【００８５】
第１の進退駆動手段４５は、出力部材４５ａを駆動手段本体４５ｂで直線方向に進退させる手段である。駆動手段本体４５ｂは、出力部材４５ａを進退させることができるものであれば良く、例えば、図１３に示す圧電素子の積層体、超音波モータ、またはモータとボールねじ等送りねじ機構の組み合わせ等とされるが、この実施形態では図１３の圧電素子の積層体の構成が用いられる。図１３の構成については後に説明する。第２の進退駆動手段４６は、出力部材４６ａを駆動手段本体４６ｂで直線方向に進退させる手段であり、第１の進退駆動手段４５と同様な構成とされる。
【００８６】
進退駆動手段４５，４６の出力部材４５ａ，４５ｂは、移動部体４１，４２に単に接して移動力を与えるようにしているが、図１２に示すように反対側から弾性体１２１，１２２によって押し付ける構造とすることで、正逆両方向に自在に駆動可能となる。具体的には、第１の進退駆動手段４５の設置側とは反対側で、基台４０に設けられた弾性体支持部４０ａと第１の移動体４１との間に弾性体１２１を配置し、この弾性体１２１によって、第１の移動体４１を第１の進退駆動手段４５の出力部材４５ａに押し付けている。第２の移動体４２に対しても、第２の進退駆動手段４６の設置側とは反対側で、第１の移動体４１に設けられた弾性体支持部４１ａと第２の移動体４２との間に弾性体１２２を配置し、この弾性体１２２によって、第２の移動体４２を第２の進退駆動手段４６の出力部材４６ａに押し付けている。前記弾性体１２１，１２２は、例えばコイルばねとする。弾性体１２１，１２２は、ばね定数１Ｎ/ ｍｍ以下のばねを用いることが良い。
【００８７】
ここで移動体４１，４２と進退駆動手段４５，４６の出力部材４５ａ，４５ｂの接触位置では移動方向と直角をなす面のどの方向にも移動自在となるように摩擦係数を低下させる施策を講じることが望ましい。その施策として、この例では、第１の進退駆動手段４５の出力部材４５ａにおける、第１の移動体４１と接する先端部は、図１５に示すように半球状とされている。図示は省略するが、第２の進退駆動手段４６の出力部材４６についても、第１の進退駆動手段４５と同様に、出力部材４６ａの先端部が球面状とされている。なお、出力部材４５ａ，４６ａの先端部を球面状とする代わりに、これら出力部材４５ａ，４６ａの先端部が接する第１の移動体４１または第２の移動体４２の側面を、互いの摺動方向に延びる半円柱状とし、出力部材４５ａ，４６ａの先端部は平坦面としても良い。
【００８８】
また、図１５に示すように、進退駆動手段４５，４６の出力部材４５ａ，４６ａと移動体４１，４２との接触部のいずれか一方または両方に、低摩擦化用のコーティング１０１を施しても良い。図示の例では、出力部材４５ａ，４６ａにコーティング１０１を施している。このコーティング１０１としては、ダイヤモンドライクカーボン、二硫化モリブデン、フッ素樹脂、およびグラファイトのいずれかとすることが好ましい。
【００８９】
図１５の例のように前記半球状または半円柱状とする代わりに、図１６に示すように、進退駆動手段４５，１６の出力部材４５ａ，４６ａと、移動体４１，４２とが、ボールまたはローラ等の転動体４９を介して接触するようにしても良い。図１６の例では、転動体４９はボールであり、出力部材４５ａ，４６ａの先端に設けられた保持部材４５ａａ，４６ａａ内に、一部が突出するように回転自在に収容されている。
【００９０】
図１のＺ軸移動機構１６の具体的構成例については、後に図２１等と共に説明する。
【００９１】
この構成のマイクロインジェクション装置によると、被導入体６６を収容した容器１２の位置を容器位置調整手段１で調整し、位置調整された容器１２の内部の平面視画像を撮像手段２で撮像し、その画像から細胞位置を位置判定手段３で判定することで各注入針１１の担当する細胞等の被導入体を決定する。このとき、拡大用のレンズにより前記容器１２を局部的に拡大し、細胞等の被導入体の位置を画像処理することで、被導入体６６の位置を精度良く認識できる。また、例えば、認識した細胞等の被導入体６６の画像内での位置関係から、各注入針１１で担当する被導入体６６を決定することができる。このように各注入針１１の担当する被導入体６６を決定した後、各注入針１１を個別の複数の搬送手段４で移動させて各被導入体６６に注入針１１をそれぞれ挿入することにより、各被導入体１１に導入物質を導入する。
【００９２】
搬送手段４は、被導入体６６に対して少なくとも２自由度の駆動機構を持つため、注入針１１の先端の位置決めが搬送手段４の単体で可能である。各々の搬送手段４が並行して動作しインジェクション動作を繰り返す。画像内の細胞への処理が終了した後、容器位置調整手段１により容器１２を移動させ、近接した別の位置での細胞配置を画像処理によって認識し、前述のようにインジェクション動作を繰り返す。
【００９３】
このように、細胞等の複数の被導入体６６への導入物質の導入を同時に行うことができ、インジェクション処理の効率向上が可能となる。また、少なくとも２種類以上の種類の異なる注入物質を注入針毎に充填しておき、同じ被導入体６６に順次導入することにより、被導入体６６に複数種の導入物質のあらかた同時導入が可能となる。よって、注入針１１の注入物質の入れ替えなく複数種の導入物質の導入ができ、インジェクション処理の効率向上が可能となる。
【００９４】
特に、前記搬送手段４は、移動体４１，４２と進退駆動手段４５，４６を分離し、Ｘ軸，Ｙ軸方向移動の各自由度に対する進退駆動手段４５，４６をいずれも搬送手段４の基台４０に設置したため、搬送手段４を小型化でき、また移動体４１，４２の質量を低減できて搬送手段４の高速駆動が可能となる。各自由度に対する進退駆動手段４５，４６をいずれも基台４０に設置したが、基台４０に対して第１の移動体４１を介して設置される第２の移動体４２に対しては、第２の進退駆動手段４６の出力部材４６ａが、その進退移動可能な方向と直交する方向に対して移動が自在に接触するため、第１の移動体４１の移動した位置に係わらず、第２の進退駆動手段４６の進退駆動を第２の移動体４２に伝達することができる。
また、搬送手段４を小型化できるため、細胞等の被導入体が入ったシャーレ等の容器１２の周辺に、図２等に示すように、複数の搬送手段４を配置することができる。そのため被導入体６６に対して注入針１１の先端の位置決めを同時に行うことが出来、一度に多数の被導入体６６へのインジェクション処理を実行することが出来、ハイスループット化が可能となる。
【００９５】
また、搬送手段４の各移動体４１，４２の進退駆動手段４５，４６につき、圧電素子の積層体とした場合は、次の効果が得られる。すなわち、従来は注入針の駆動には、ボールネジや超音波モータが使用されていたが、この実施形態では、圧電素子を用いた小型アクチュエータを組み合わせることによって注入針１１を駆動する搬送手段４の小型化を図っている。圧電アクチュエータは、電気エネルギから機械エネルギに変換する変換効率が高く、印加する電圧を変えることにより、発生する変位を比較的簡単に可変することができ、制御性に優れた特徴がある。
【００９６】
上記実施形態では、進退駆動手段４５，４６の出力部材４５ａ，４６ａと移動体４１，４２の接触を維持する構成として、弾性体１２１，１２２を設けたが、図１７に示すように永久磁石１１１〜１１４を設けても良い。すなわち、基台４０と第１の移動体４１とに、互いに向き合う磁極の向きが同じになるように第１，第２の永久磁石１１１，１１２を配置し、磁気反発力により第１の移動体４１を第１の進退駆動手段４５の出力部材４５ａに押し付けてもよい。また、第１の移動体４１と第２の移動体４２とに、互いに向き合う磁極の向きが同じになるように第２，第４の永久磁石１１３，１１４を配置し、磁気反発力により第２の移動体４２を第２の進退駆動手段４６の出力部材４６ａに押し付けてもよい。
【００９７】
図１８の例では、図１７の例とは逆に、磁気吸引力が作用するように永久磁石１１１Ａ〜１１４Ａを設けている。すなわち、基台４０と第１の移動体４１とに、互いに向き合う磁極の向きが逆となるように第１，第２の永久磁石１１１Ａ，１１２Ａを配置し、磁気吸引力により第１の移動体４１を第１の進退駆動手段４５の出力部材４５ａに押し付けてもよい。また、第１の移動体４１と第２の移動体４２とに、互いに向き合う磁極の向きが逆になるように第２，第４の永久磁石１１３Ａ，１１４Ａを配置し、磁気吸引力により第２の移動体４２を第２の進退駆動手段４６の出力部材４６ａに押し付けてもよい。
【００９８】
図１９の例は、第２の進退駆動手段４６の出力部材４６ａを第２の移動体４２に対して単に接触させる代わりに、第２の進退駆動手段４６の出力部材４６ａを第２の移動体４２に対して、第１の移動体４１の移動方向（Ｘ軸方向）に対し移動自在になるように第３のガイド１１５を介して連結している。第３のガイド１１５は、第２の移動体４１に設けられたガイドレール１１５ａと、このガイドレール１１５ａに設けられた案内溝（図示せず）に対して転動体（図示せず）が嵌まり込んで脱落不能となった直動転がり軸受等の被案内体１１５ｂとからなる。その他の構成は、図１２に示した例と同様である。このように第３のガイド１１５によって連結した場合、高速駆動時においても出力部材４６ａと移動体４１が常に連結された状態を維持することができ、動作が安定する。出力部材４６ａと対向して設けられた第２の弾性体１２２は、第３のガイド１１５に対して予圧を与え、より一層の動作の安定を確保する。
【００９９】
図２０に示すように、さらに第４のガイド１１６を設けても良い。すなわち、第２の進退駆動手段４６の出力部材４６ａと第３のガイド１１５とを、第１の移動体４１の移動方向（Ｘ軸方向）に対し移動自在になるように、第４のガイド１１６を介して連結する。第４のガイド１１６は、第３のガイド１１５と同様に、案内溝（図示せず）付きのガイドレール１１６ａと、このガイドレール１１６ａの案内溝に対して転動体（図示せず）が嵌まり込んで脱落不能となった直動転がり軸受等の被案内体１１６ｂとからなる。ガイドレール１１６ａは第３のガイド１１５の被案内体１１５ｂに取付けられ、被案内体１１６ｂが出力部材４６ａに取付けられる。このように第３のガイド１１５と第４のガイド１１６とを２段に設けた場合は、高速駆動時等における動作がより一層安定する。
なお、この例では、第１の移動体４１と第１の駆動手段４５の出力部材４５ａとの間にも、第１の移動体４１の移動方向に対し直交方向に移動自在な第５および第６のガイド１１７，１１８が設けられている。これら第５および第６のガイド１１７，１１８は、第３，第４のガイド１１５，１１６と同様にガイドレールと被案内体とからなる。
【０１００】
図２１は、Ｚ軸移動機構１６の一構成例を示す。このＺ軸移動機構１６は、中空箱形の固定台１７と、この固定台１７の一端部において固定台１７内から上方に突出するように設けられ注入針１１を着脱自在に支持する針支持部材１８と、前記固定台１７内に配置され駆動源となる圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂ１，１９Ｂ２とを備える。針支持部材１８は、注入針１１を着脱自在に支持する構成とされ、注入針１１の損傷や導入物質の交換等のために、注入針１１を簡単に交換することができる。針支持部材１８は、立片部１８ａおよび横片部１８ｂを有する概形Ｔ字状で、その横片部１８ｂが案内機構２１を介して固定台１７の上に注入針１１の突出方向に移動自在に支持され、立片部１８ａが固定台１７の一端部内向き面に板ばね等からなるばね部材２０Ａを介して支持されている。
【０１０１】
各圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂ１，１９Ｂ２は、複数の圧電素子１９ａを、それらの変位方向に積層して棒状体とした積層型圧電素子である。これら圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂ１，１９Ｂ２のうち、２つの圧電素子積層体１９Ｂ１，１９Ｂ２は、互いに直線上に配置されると共に締結部材４７で直列に接続された連結体からなる１組の圧電素子積層体１９Ｂとされる。この圧電素子積層体１９Ｂと残る１組の圧電素子積層体１９Ａとは、前記積層方向に沿って互いに平行となるように上下に並列に配置され、これら２組の圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂが締結部材４８を介して直列に接続される。締結部材４８は、上下の両圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂの間にこれら両圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂと平行に配置される長手方向部４８ａと、この長手方向部４８ａの両端において、上下方向に互いに逆方向となるように突出する各突部４８ｂ，４８ｃと有する概形Ｚ字状である。１組の圧電素子積層体１９Ａは、その一端が、前記締結部材４８における固定台１７の一端部側の突部４８ｂに連結され、他端が固定台１７の他端部に支持されている。締結部材４８の突部４８ｂと固定台１７の一端部との間には、圧電素子積層体１９Ａに予圧を与える板ばね等のばね部材２０Ｂが介在している。圧電素子積層体１９Ｂの一端部、つまり圧電素子積層体１９Ｂを構成する１つの圧電素子積層体１９Ｂ１における締結部材４７による連結部とは反対側の端部は、前記針支持部材１８の立片部１８ａに連結されている。また、圧電素子積層体１９Ｂの他端部、つまり圧電素子積層体１９Ｂを構成する他の１つの圧電素子積層体１９Ｂ２における締結部材４７による連結部とは反対側の端部は、固定台１７の他端部側に向く、前記締結部材４８の突部４８ｃに連結されている。圧電素子積層体１９Ｂには、針支持部材１８の立片部１８ａと固定台１７の他端部との間に介装される板ばね等のばね部材２０Ａによって予圧が与えられる。これにより、２組の圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂの積層方向への変位で、針支持部材１８が注入針１１の突出方向に進退可能である。
【０１０２】
前記圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂのうち、圧電素子積層体１９Ａと、圧電素子積層体１９Ｂにおける１つの圧電素子積層体１９Ｂ２とは、針支持部材１８の位置決め、つまり注入針１１の位置決めのための駆動源として使用される。すなわち、これらの圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂ２は、Ｚ軸（挿入方向）位置制御部５１から印加される電圧である位置決め信号によって変位する。
圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂのうち、圧電素子積層体１９Ｂにおける針支持部材１８に直接連結される圧電素子積層体１９Ｂ１は、針支持部材１８を注入針１１の挿入方向に振動させるための駆動源として使用される。振動付与用の圧電素子積層体１９Ｂ１は、振動駆動手段５４から印加される電圧である振動駆動信号によって、その変位が繰り返し変化する。
【０１０３】
Ｚ軸位置制御部５１は、位置指令部５２から位置指令が電圧発生器５３に与えられ、その位置指令に基づいて、電圧発生器５３から圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂ２に対応する電圧を印加する。Ｚ軸位置制御部５１は、図１の注入針移動制御手段８８におけるＺ軸の注入針個別制御部８８ａに設けられる。また、その位置指令部５２は、図１の位置判定手段３によって得られた位置情報に基づいて、担当被導入体決定部８７で定められる目標位置を前記位置指令とする。位置指令部５２は、担当被導入体決定部８７の一部として設けられたものであっても良い。
振動駆動手段５４は、電圧発生器５６から前記振動駆動信号として所定周波数の交番電圧を前記圧電素子積層体１９Ｂ１に印加する。その交番電圧の周波数つまり針支持部材１８に付与する振動の周波数は、周波数可変手段５５から電圧発生器５６への指令により切り換え可能とされている。
【０１０４】
図２１のＺ軸移動機構１６は、図１１のＸ軸移動機構１４およびＹ軸移動機構１５における第１の進退駆動手段４５および第２の進退駆動手段４６として使用することができる。その場合、針支持部材１８の代わりに、図１３のように出力部材４５ａを設ける。図１３は、図１１の例の第１の進退駆動手段４５の具体例を示す。第２の進退駆動手段４６についても、図１３に示す例を用いることができる。
【０１０５】
次に、図１１の例の第１の進退駆動手段４５および第２の進退駆動手段４６として使用可能な圧電素子利用の各構成例を、図２２〜図３０と共に説明する。
【０１０６】
図２２において、進退駆動手段４５は、固定台２５と、可動片２６と、駆動源となる２組の圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄとを備える。固定台２５は、Ｘ軸方向に延びる主枠部２５ａと、この主枠部２５ａの両端から幅方向（Ｙ軸方向）に延びる一対の側枠部２５ｂ，２５ｄと、側枠部２５ｂの先端から主枠部２５ａと平行にＸ軸方向に延びる水平断面がＬ字状の副枠部２５ｃとを有する中空箱形とされている。可動片２６は、固定台２５の一端の側枠部２５ｂの先端から他端の側枠部２５ｄ側に向けて延び、水平断面がＬ字状の可動片２６とされている。可動片２６は、圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄの変位を拡大する拡大機構となるものであって、固定台２５と共に、金属や合成樹脂等の弾性材で形成されている。可動片２６は、固定台２５の一端の側枠部２５ｂから主枠部２５ａと略平行に延びる主枠平行片部２６ａと、この主枠平行片部２６ａの他端から固定台２５の他端の側枠部２５ｄの内側に側枠部２５ｄと平行に延びる側枠平行片部２６ｂとでなる。固定台２５の側枠部２５ｂと可動片２６の主枠平行片部２６ａとの接続部、および可動片２６の主枠平行片部２６ａと側枠平行片部２６ｂとの接続部は薄肉部２６ｃとされている。また、可動片２６の主枠平行片部２６ａの長手方向中間部も薄肉部２６ｄとされている。これにより、可動片２６の側枠平行片部２６ｂは、その基端の薄肉部２６ｃを揺動中心として屈曲するように揺動可能とされる。また、可動片２６の主枠平行片部２６ａは、その長手方向中間部の薄肉部２６ｄで折れ曲がっていて、その折れ曲がり角度の増減により、長手方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に、中間部が進退可能とされる。
【０１０７】
２組の圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄは、共に積層型圧電素子であって、積層方向に沿って前記固定台２５の主枠部２５ａと平行となるように前後に並列に配置される。これら２組の圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄは、締結部材５８を介して直列に接続される。締結部材５８は、前後の両圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄの間にこれら両圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄと平行に配置される長手方向部５８ａと、この長手方向部５８ａの両端において、前後方向に互いに逆方向となるように突出する各突部５８ｂ，５８ｃとを有する概形Ｚ字状である。１組の圧電素子積層体１９Ｃは、その一端が固定台２５の側枠部２５ｂに支持され、他端が固定台側枠部２５ｄ側に向く前記締結部材５８の突部５８ｂに連結されている。また、他の１組の圧電素子積層体１９Ｄは、その一端が固定台側枠部２５ｂ側に向く前記締結部材５８の突部５８ｃに連結され、他端が可動片２６の側枠平行片部２６ｂに連結されている。固定台２５の副枠部２５ｃの先端の幅方向に延びる側部２５ｃａと前記締結部材５８の突部５８ｂとの間には、圧電素子積層体１９Ｃに予圧を与える板ばね等のばね部材２７Ａが介在する。固定台２５の側枠部２５ｄと可動片２６の側枠平行片部２６ｂとの間には、圧電素子積層体１９Ｄに予圧を与える板ばね等のばね部材２７Ｂが介在する。また、固定台２５の副枠部２５ｃの先端の幅方向に延びる側部２５ｃａと可動片２６の側枠平行片部２６ｂとの間には、可動片２６の側枠平行片部２６ｂに予圧を与える板ばね等のばね部材２７Ｃが介在する。これにより、２組の圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄの積層方向への伸縮による変位で、可動片２６の側枠平行片部２６ｂが揺動し、その揺動変位が拡大されて主枠平行片部２６ａのＹ軸方向への変位となる。この変位はＺ軸移動機構１６を支持する上側可動支持体２２（図１１）に伝達され、これにより注入針１１がＹ軸方向に移動可能である。
【０１０８】
同図の構成を第２の進退駆動手段４６に適用した場合、２組の圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄは、Ｙ軸位置制御部５９から印加される電圧である位置決め信号によって変位する。Ｙ軸位置制御部５９は、位置指令部６０から位置指令が電圧発生器６１に与えられ、その位置指令に基づいて、電圧発生器６１から前記圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄに対応する電圧を印加する。Ｙ軸位置制御部５９は、図１の注入針移動制御手段８８におけるＹ軸の注入針個別制御部８８ａに設けられる。また、その位置指令部６０は、図１の位置判定手段３によって得られた位置情報に基づいて、担当被導入体決定部８７で定められる目標位置を前記位置指令とする。位置指令部６０は、担当被導入体決定部８７の一部として設けられたものであっても良い。
【０１０９】
第２の進退駆動手段４６に適用する場合も、固定台２５と可動片２６との相対変位を測定するための図示しないセンサが内蔵される。このセンサとしては、前記圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄに予圧を与える板ばね２７Ａ，２７Ｂの歪みを検出する歪みセンサや、固定台２５と可動片２６とのギャップを測定する静電容量センサ、磁気センサ、光学式センサなどを用いることができる。
【０１１０】
図２３は、第１の進退駆動手段４５および第２の進退駆動手段４６として使用可能な他の構成例を示す。第１の進退駆動手段４５に適用した場合につき説明すると、この進退駆動手段４５は、固定台３５と、可動片３６と、駆動源となる２組の圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆとを備える。固定台３５は、Ｘ軸方向に延びる主枠部３５ａと、この主枠部３５ａの両端から幅方向（Ｙ軸方向）に延びる一対の側枠部３５ｂ，３５ｄと、側枠部３５ｂの先端から前記主枠部３５ａと平行にＸ軸方向に延びる水平断面がＬ字状の副枠部３５ｃとを有する中空箱形とされている。可動片３６は、固定台３５の一端の側枠部３５ｂの先端から他端の側枠部３５ｄ側に向けて延び、水平断面がＬ字状とされている。可動片３６は、圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆの変位を拡大する第１の拡大機構となるものであって、固定台３５と一体に金属や合成樹脂等の弾性材で形成されている。可動片３６は、固定台３５の一端の側枠部３５ｂから主枠部３５ａと略平行に延びる主枠平行片部３６ａと、この主枠平行片部３６ａの他端から固定台３５の他端の側枠部３５ｄの内側に側枠部３５ｄと平行に延びる側枠平行片部３６ｂとでなる。固定台３５の側枠部３５ｂと可動片３６の主枠平行片部３６ａとの接続部、および可動片３６の主枠平行片部３６ａと側枠平行片部３６ｂとの接続部は薄肉部３６ｃとされている。また、可動片３６の主枠平行片部３６ａの長手方向中間部も薄肉部３６ｄとされている。これにより、可動片３６の側枠平行片部３６ｂは、その基端の薄肉部３６ｃを揺動中心として揺動可能とされる。また、可動片３６の主枠平行片部３６ａは、その長手方向中間部の薄肉部３６ｄで折れ曲がって長手方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に揺動可能とされる。ここまでの構成は、図２２の例の場合と同様である。
【０１１１】
また、可動片３６の主枠平行片部３６ａの長手方向中間部の薄肉部３６ｄよりも側枠平行片部３６ｂ寄りの半部となる部分には、固定台３５の側枠部３５ｄ側に延びて側枠部３５ｄの基端近傍に連結される水平断面が逆Ｌ字状の可動枠部３７が一体形成されている。この可動枠部３７は圧電素子積層体１９Ｅ，１９ＦＣの変位を拡大する第２の拡大機構となるものであって、可動片３６の主枠平行片部３６ａと略平行な厚肉枠部３７ａと、この厚肉枠部３７ａから固定台３５の側枠部３５ｄの外側を側枠部３５ｄと平行に延びる薄肉枠部３７ｂとでなる。可動枠部３７の厚肉枠部３７ａと薄肉枠部３７ｂとの接続部、および薄肉枠部３７ｂと固定台３５の側枠部３５ｂの基端近傍との接続部は、薄肉枠部３７ｂよりもさらに薄い薄肉部３７ｃとされている。また薄肉枠部３７ｂの長手方向中間部も、さらに薄い薄肉部３７ｄとされている。これにより、可動枠部３７の薄肉枠部３７ｂは、その長手方向中間部の薄肉部３７ｄで折れ曲がって、中間部が長手方向と直交する方向（Ｘ軸方向）に進退可能とされている。
【０１１２】
図２２の例と同様に、２組の圧電素子積層体１９Ｅ、１９Ｆは共に積層型圧電素子であって、積層方向に沿って前記固定台３５の主枠部３５ａと平行となるように前後に並列に配置される。これら２組の圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆは、締結部材６２を介して直列に接続される。締結部材６２は、前後の両圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆの間にこれら両圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆと平行に配置される長手方向部６２ａと、この長手方向部６２ａの両端において、前後方向に互いに逆方向となるように突出する各突部６２ｂ，６２ｃとを有する概形Ｚ字状である。１組の圧電素子積層体１９Ｅは、その一端が固定台３５の側枠部３５ｂに支持され、他端が固定台側枠部３５ｄ側に向く前記締結部材６２の突部６２ｂに連結されている。また、他の１組の圧電素子積層体１９Ｆは、その一端が固定台側枠部３５ｂ側に向く前記締結部材６２の突部６２ｃに連結され、他端が可動片３６の側枠平行片部３６ｂに連結されている。固定台３５の副枠部３５ｃの先端の幅方向に延びる側部３５ｃａと前記締結部材６２の突部６２ｂとの間には、圧電素子積層体１９Ｅに予圧を与える板ばね等のばね部材３８Ａが介在する。固定台３５の側枠部３５ｄと可動片３６の側枠平行片部３６ｂとの間には、圧電素子積層体１９Ｆに予圧を与える板ばね等のばね部材３８Ｂが介在する。また、固定台３５の副枠部３５ｃの先端の幅方向に延びる側部３５ｃａと可動片３６の側枠平行片部３６ｂとの間には、可動片３６の側枠平行片部３６ｂに予圧を与える板ばね等のばね部材３８Ｃが介在する。これにより、２組の圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆの積層方向への伸縮による変位で、可動片３６の側枠平行片部３６ｂが揺動し、その揺動変位が拡大されて主枠平行片部３６ａのＹ軸方向への変位となる。この変位はさらに拡大されて可動枠部３７における薄枠肉部３７ｂのＸ軸方向への変位となる。この薄枠肉部３７ｂが、図１１の例における出力部材４５ａとなる。
【０１１３】
２組の圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆは、Ｘ軸位置制御部６３から印加される電圧である位置決め信号によって変位する。Ｘ軸位置制御部６３は、位置指令部６４から位置指令が電圧発生器６５に与えられ、その位置指令に基づいて、電圧発生器６５から前記圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆに対応する電圧が印加される。Ｘ軸位置制御部６３は、図１の注入針移動制御手段８８におけるＸ軸の注入針個別制御部８８ａに設けられる。また、その位置指令部６４は、図１の位置判定手段３によって得られた位置情報に基づいて、担当被導入体決定部８７で定められる目標位置を前記位置指令とする。位置指令部６４は、担当被導入体決定部８７の一部として設けられたものであっても良い。
【０１１４】
図２４は、第１の進退駆動手段４５および第２の進退駆動手段４６として使用可能な他の構成例を示す。ここでは、第２の進退駆動手段４６に適用した場合につき説明する。この構成例でも、図２２の構成例と同様に、固定台７３と、駆動源となる２組の圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈとを備える。固定台７３は、Ｘ軸方向に延びる主枠部７３ａと、この主枠部７３ａの両端から幅方向（Ｙ軸方向）に延びる一対の側枠部７３ｂ，７３ｃとでなる。固定台７３の一端の側枠部７３ｂには、他端の側枠部７３ｃに対向する伸縮方向移動体７４がばね部材２７Ｄを介してＸ軸方向に移動自在に支持されている。
【０１１５】
２組の圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈは、共に積層型圧電素子であって、積層方向に沿って前記固定台７３の主枠部７３ａと平行となるように前後に並列に配置される。これら２組の圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈは、締結部材７８を介して直列に接続される。締結部材７８は、前後の両圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの間にこれら両圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈと平行に配置される長手方向部７８ａと、この長手方向部７８ａの両端において、前後方向に互いに逆方向となるように突出する各突部７８ｂ，７８ｃとを有する概形Ｚ字状である。１組の圧電素子積層体１９Ｇは、その一端が固定台７３の側枠部７３ｃに支持され、他端が前記伸縮方向移動体７４側に向く締結部材７８の突部７８ｂに連結されている。また、他の１組の圧電素子積層体１９Ｈは、その一端が固定台側枠部７３ｃ側に向く前記締結部材７８の突部７８ｃに連結され、他端が伸縮方向移動体７４に連結されている。前記ばね部材２７Ｄは、圧電素子積層体１９Ｈに予圧を与える。これにより、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮変位に応じて伸縮方向移動体７４がＸ軸方向に変位可能である。
【０１１６】
この構成例では、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮をその伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）の変位に拡大する拡大機構としてリンク機構７５を設けている。このリンク機構７５は、１つの固定ジョイント７６で固定台側枠部７３ｃに連結され、１つの可動ジョイント７７Ａで前記伸縮方向移動体７４に連結される。
【０１１７】
図２５には、前記リンク機構７５の各種構成例を示す。図２５（Ａ）の構成例では、１つの固定ジョイント７６と、２つの可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂと、３つのリンク８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃとでリンク機構７５が構成される。
各固定ジョイント７６および可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮方向（Ｘ軸方向）およびその伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）のいずれに対しても垂直である。これについては、図２５（Ｂ），（Ｃ）の各ジョイント７６，７７Ａ，７７Ｂ，７７Ｃについても同様である。
第１および第２のリンク８１Ａ，８１Ｂは、それぞれ一端が前記固定ジョイント７６および第１の可動ジョイント７７Ａに連結されて他端が第２の可動ジョイント７７Ｂで互いに連結される。第３のリンク８１Ｃは、一端が第２の可動ジョイント７７Ｂに連結され、他端が、前記直交する方向（Ｙ軸方向）にのみ移動自在に、リニアガイド，直動軸受等の案内機構（図示せず）により拘束された可動部８２となる。固定ジョイント７６は、前記圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの固定側の端部が固定された固定台７３の側枠部７３ｃに対して位置固定とする。可動部８２を案内する前記案内機構は、この固定台７３に設けられている。第１の可動ジョイント７７Ａは、前記圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮側の端部と一体に移動可能な伸縮方向移動体７４に設けられ、この伸縮方向移動体７４と共に移動可能とする。前記第３のリンク８１Ｃの可動部８２が、このリンク機構７５の変位拡大出力部となる。
【０１１８】
この構成によると、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮により第１の可動ジョイント７７ＡがＸ軸方向に変位し、この変位を拡大して第２の可動ジョイント７７ＢがＹ軸方向に変位する。これに伴い第３のリンク８１Ｃが回動角度を変えることで、その他端の可動部８２が、前記リニアガイドなどの案内機構に案内されてＹ軸方向に変位する。
この場合に、固定ジョイント７６や可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂに、転がり軸受を用いることで摩擦抵抗を低減し、その転がり軸受に適正予圧を与えることでガタツキを抑制して、精密な位置決めを実現できる。また、弾性変形部がないので設計が容易である。
【０１１９】
図２５（Ｂ）の構成例では、１つの固定ジョイント７６と、３つの可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂ，７７Ｃと、３つのリンク８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃとでリンク機構７５が構成される。この例は、図２５（Ａ）の構成例において、第３のリンク８１Ｃの基端を連結する可動ジョイントを、第２の可動ジョイント７７Ｂとは別位置である第３の可動ジョイント７７Ｃとしたものである。
すなわち、固定ジョイント７６に基端が連結された第１のリンク８１Ａの他端を、第１の可動ジョイント７７Ａに基端が連結された第２のリンク８１Ｂの中間に第２の可動ジョイント７７Ｂを介して連結する。第２のリンク８１Ｂの先端に、第３の可動ジョイント７７Ｃを介して第３のリンク８１Ｃを連結する。第３のリンク８１の先端を、伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）にのみ移動自在に、前記と同様な案内機構（図示せず）により拘束された可動部８２とする。固定ジョイント７６および第１の可動ジョイント７７Ａは、図２５（Ａ）の例と同様に、固定台７３および伸縮方向移動体７４にそれぞれ設けられる。図２５（Ｂ）の例では、第３のリンク８１Ｃの先端の可動部８２が、リンク機構７５の変位拡大出力部となる。
なお、第２の可動ジョイント７７Ｂは、例えば、同図に断面を拡大して示すように、第１または第２のリンク８１Ａ，８１Ｂのいずれか一方に固定された連結ピン１２１に、軸受１２２を介して第１または第２のリンク８１Ａ，８１Ｂの他方に連結された構成とされる。軸受１２２は、いずれかのリンク８１Ａ，８１Ｂに設けられた孔に嵌合して取付けられる。軸受１２２は、玉軸受等の転がり軸受および滑り軸受のいずれでも良いが、例えば予圧可能な転がり軸受とされる。
【０１２０】
この構成によると、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮により可動ジョイント７７ＡがＸ軸方向に変位し、この変位を拡大して別の可動ジョイント７７ＣがＹ軸方向に変位し、これに伴い第３のリンク８１Ｃが回動角度を変えることで、その先端の可動部８２が、前記案内機構に案内されてＹ軸方向に変位する。
図２５（Ａ），（Ｂ）の構成例は、いずれも、各リンク８１Ｃ，８１Ｂ，８１Ｃの寸法誤差や熱変形の影響が生じても、第３のリンク８１Ｃの角度が独立して可変であることで吸収され、変位拡大出力部となる可動部８２は、前記リニアガイド等の案内機構に沿ってＹ軸方向に直線方向に移動することができる。
なお、図２５（Ａ）の構成例では、第２の可動ジョイント７７Ｂの位置で３つのリンク８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃが連結されるので、その軸方向に２つの軸受を並べて設けることが必要であり厚み方向の寸法が増大する。しかし、図２５（Ｂ）の構成例の場合、可動ジョイント７７Ｂ，７７Ｃでは、その軸方向に１つの軸受１２２を設けるだけで良く、図２５（Ａ）の構成例の場合に比べて厚み寸法を１／２に低減できる。
【０１２１】
図２５（Ｃ）の構成例では、１つの固定ジョイント７６と、２つの可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂと、２つのリンク８１Ａ，８１Ｂとでリンク機構７５が構成される。
すなわち、固定ジョイント７６に基端が連結された第１のリンク８１Ａの他端を、第１の可動ジョイント７７Ａに基端が連結された第２のリンク８１Ｂの中間に第２の可動ジョイント７７Ｂを介して連結する。図２３（Ａ），（Ｂ）の例と同様に、固定ジョイント７６は固定台７３の側枠部７３ｃに連結され、第１の可動ジョイント７７Ａは伸縮方向移動体７４に連結される。この構成例では、第２のリンクの先端の可動部８２が、リンク機構７５の変位拡大出力部となる。
この構成の場合、第２のリンク８１Ｂの長さが第１のリンク８１Ａの２倍であって、リンク８１Ｂの中央位置に第２の可動ジョイント７７Ｂが配置されているため、可動部８２は、リニアガイドなどの案内機構を設けることなく、移動方向が拘束される。その移動方向は、固定ジョイント７６と第１の可動ジョイント７７Ａの中心を結んだ直線に対して直角の方向、つまり圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）に変位自在とされる。
【０１２２】
この構成によると、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮により可動ジョイント７７ＡがＸ軸方向に変位し、この変位を拡大して第２のリンク８１Ｂの先端である可動部８２がＹ軸方向に変位する。この構成例は最もコンパクトなものとなる。この例の場合も、可動ジョイント７７Ｂでは、その軸方向に１つの軸受を設けるだけで良く、図２５（Ａ）の構成例の場合に比べて厚み寸法を１／２に低減できる。
【０１２３】
図２４の例では、図２５（Ｃ）の例のリンク機構７５が拡大機構として設けられている。その他の構成は、図２２で示した例と同様である。
【０１２４】
図２６は、第１の進退駆動手段４５および第２の進退駆動手段４６として使用可能な他の構成例を示す。ここでは、第１の進退駆動手段４５に適用した場合につき説明する。この構成例でも、図２４の例と同様に、固定台８３と、駆動源となる２組の圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊとを備える。固定台８３は、Ｘ軸方向に延びる主枠部８３ａと、この主枠部８３ａの両端から幅方向（Ｙ軸方向）に延びる一対の側枠部８３ｂ，８３ｃとでなる。固定台８３の一端の側枠部８３ｂには、他端の側枠部８３ｃに対向する可動体８４がばね部材２７Ｅを介してＸ軸方向に移動自在に支持されている。
【０１２５】
２組の圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊは、共に積層型圧電素子であって、積層方向に沿って前記固定台８３の主枠部８３ａと平行となるように前後に並列に配置される。これら２組の圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊは、締結部材８５を介して直列に接続される。締結部材８５は、前後の両圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの間にこれら両圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊと平行に配置される長手方向部８５ａと、この長手方向部８５ａの両端において、前後方向に互いに逆方向となるように突出する各突部８５ｂ，８５ｃとを有する概形Ｚ字状である。１組の圧電素子積層体１９Ｉは、その一端が固定台８３の側枠部８３ｃに支持され、他端が前記可動体８４側に向く締結部材８５の突部８５ｂに連結されている。また、他の１組の圧電素子積層体１９Ｊは、その一端が固定台側枠部８３ｃ側に向く前記締結部材８５の突部８５ｃに連結され、他端が可動体８４に連結されている。前記ばね部材２７Ｅは、圧電素子積層体１９Ｊに予圧を与える。これにより、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮変位に応じて可動体８４がＸ軸方向に変位可能である。
【０１２６】
この例では、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮をその伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）の変位に拡大する第１の拡大機構として第１のリンク機構１０１を設けると共に、第１の拡大機構（第１のリンク機構１０１）により拡大された変位を圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮方向の変位に拡大する第２の拡大機構として第２のリンク機構１０２を設けている。これら両リンク機構１０１，１０２として、ここでは図１７（Ｃ）に示したリンク機構７５と同じ構成のものを用いている。なお、第２のリンク機構１０２は、第１のリンク機構１０１に対して、９０°方向変換された姿勢とされる。
【０１２７】
すなわち、第１のリンク機構１０１は、１つの固定ジョイント１０６と、２つの可動ジョイント１０７Ａ，１０７Ｂと、２つのリンク１０８Ａ，１０８Ｂとで構成される。具体的には、一端が１つの固定ジョイント１０６で固定台８３の側枠部８３ｃに連結される第１のリンク１０８Ａと、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮に応じてその伸縮方向に変位する可動体８４に一端が１つの可動ジョイント１０７Ａで連結され、中間部が第１のリンク１０８Ａの他端に他の１つの可動ジョイント１０７Ｂで連結される第２のリンク１０８Ｂとで構成される。第２のリンク１０８Ｂの他端が、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）に変位自在とされる。
【０１２８】
第２のリンク機構１０２も、１つの固定ジョイント１１６と、２つの可動ジョイント１１７Ａ，１１７Ｂと、２つのリンク１１８Ａ，１１８Ｂとで構成される。具体的には、一端が１つの固定ジョイント１１６で固定台８３の側枠部８３ｃに連結される第１のリンク１１８Ａと、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮に応じてその伸縮方向と直交するＹ軸方向に変位する前記第１のリンク機構１０１の第２のリンク１０８Ｂの他端に一端が１つの可動ジョイント１１７Ａで連結され、中間部が第１のリンク１１８Ａの他端に他の１つの可動ジョイント１１７Ｂで連結される第２のリンク１１８Ｂとで構成される。これにより、第１および第２のリンク機構１０１，１０２は、同一平面上で前記可動ジョイント１１７Ａを介して２段に組み合わされる。この場合、第２のリンク機構１０２における第２のリンク１１８Ｂの先端が、変位拡大出力部である可動部１１９となり、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮方向（Ｘ軸方向）に変位自在とされる。
【０１２９】
この構成によると、第１のリンク機構１０１において、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮により可動ジョイント１０７ＡがＸ軸方向に変位し、この変位を拡大してリンク１０Ｂの他端である可動ジョイント１１７ＡがＹ軸方向に変位する。また、第２のリンク機構１０２では、前記可動ジョイント１１７ＡのＹ軸方向の変位を拡大してリンク１１８Ｂの他端である可動部１１９が圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮方向（Ｘ軸方向）に変位する。その他の構成は、図２３で示した例と同様である。
【０１３０】
なお、図２６のＸ軸移動機構１４では、第１および第２のリンク機構１０１，１０２として、図２５（Ｃ）に示した構成例のものを可動ジョイント１１７Ａを介して２段に組み合わせた場合を示したが、これに限らず図２５（Ｂ）に示した構成例のものを可動ジョイントを介して２段に組み合わせても良い。その例を図２７に示す。この例では、第２のリンク機構１０２は、第１のリンク機構１０１に対して、９０°方向転換された姿勢となっている。
【０１３１】
図２７の例では、第１のリンク機構１０１は、１つの固定ジョイント１０６と、３つの可動ジョイント１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｃと、２つのリンク１０８Ａ，１０８Ｂとを有するものとなる。第２のリンク機構１０２は、１つの固定ジョイント１１６と、３つの可動ジョイント１１７Ａ，１１７Ｂ，１１７Ｃと、２つのリンク１１８Ａ，１１８Ｂとを有するものとなる。第１のリンク機構１０１における可動部８２と、第２のリンク機構１０２における第２のリンク１１８Ｂの基端とを可動ジョイント１１７Ａで連結することにより、同一平面上で第１および第２のリンク機構１０１，１０２が２段に組み合わされる。第２のリンク機構１０２の第２のリンク１１８Ｂの先端が、変位拡大出力部である可動部１１９となり、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮方向（Ｘ軸方向）に変位自在とされる。
【０１３２】
前記リンク機構７５の他の構成例として、図２８に示すように、リンク機構７５は、１つの固定ジョイント７６と２つの可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂと２つのリンク８１Ａ，８１Ｂとからなるクランク・スライダ機構を有し、このクランク・スライダ機構は、前記圧電素子の伸長方向の変位を、前記２つの可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂおよび２つのリンク８１Ａ，８１Ｂを介して、固定ジョイント７６の円周上の任意の方向に変換し更に変位を拡大可能としても良い。
【０１３３】
図２８（Ａ）は、Ｙ軸移動機構１５の他の構成例を示す。この他の構成例にかかるＹ軸移動機構１５も、図１４の構成例と同様に、固定台７３と、駆動源となる２組の圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈとを備える。固定台７３は、Ｘ軸方向に延びる一対の主枠部７３ａ、７３ｂと、この主枠部７３ａ、７３ｂの両端から幅方向（Ｙ軸方向）に延びる一対の側枠部７３ｃ，７３ｄと、４つの枠部を締結する側板７３e とを有する。固定台７３の一端の側枠部７３ｃには、他端の側枠部７３ｄに対向する伸縮方向移動体７４がばね部材２７Ｄを介してＸ軸方向に移動自在に支持されている。
【０１３４】
２組の圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈは、共に積層型圧電素子であって、積層方向に沿って前記固定台７３の主枠部７３ａ、７３ｂと平行となるように前後に並列に配置される。これら２組の圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈは、締結部材７８を介して直列に接続される。締結部材７８は、前後の両圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの間にこれら両圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈと平行に配置される長手方向部７８ａと、この長手方向部７８ａの両端において、前後方向に互いに逆方向となるように突出する各突部７８ｂ，７８ｃとを有する概形Ｚ字状である。１組の圧電素子積層体１９Ｇは、その一端が固定台７３の側枠部７３ｃに支持され、他端が前記伸縮方向移動体７４側に向く締結部材７８の突部７８ｂに連結されている。また、他の１組の圧電素子積層体１９Ｈは、その一端が固定台側枠部７３ｄ側に向く前記締結部材７８の突部７８ｃに連結され、他端が伸縮方向移動体７４に連結されている。前記ばね部材２７Ｄは、圧電素子積層体１９Ｈに予圧を与える。これにより、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮変位に応じて伸縮方向移動体７４がＸ軸方向に変位可能である。
【０１３５】
この例では、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮をその伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）の変位に拡大する拡大機構としてリンク機構７５を設けている。このリンク機構７５は、１つの固定ジョイント７６で固定台側枠部７３ｄに連結され、１つの可動ジョイント７７Ａで前記伸縮方向移動体７４に連結される。
この構成によると、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮により可動ジョイント７７ＡがＸ軸方向に変位し、可動ジョイント７７Ｂが固定ジョイント７６を中心にして回転運動する。よって第１のリンク８１Ａに固定された可動部８２がＹ軸方向に変位する。したがって、固定ジョイント７６の円周上の任意の位置に出力部を設定することで任意の方向に変位拡大することができる。よって、進退駆動手段４５，４６の部品点数の削減や寸法の小型化が可能になる。
【０１３６】
図２８（Ｂ）は、第１の進退駆動手段４５のさらに他の構成例を示す。この図２８（Ｂ）のＸ軸移動機構１４も図２８（Ａ）と同じ構成を有し、リンク８１Ａに固定された可動ジョイント７７Ｂと可動部８２の位置を変更することで、Ｘ軸方向に変位する。したがって、固定ジョイント７６の円周上の任意の位置に出力部を設定することで任意の方向に変位拡大することができ、よって、Ｙ軸移動機構１５の部品点数の削減や寸法の小型化が可能になる。
【０１３７】
図２９は、図２８（Ａ）、（Ｂ）で示す前記リンク機構７５の構成例を拡大して示す。 図２８の構成例では、１つの固定ジョイント７６と、２つの可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂと、２つのリンク８１Ａ、８１Ｂとでクランク・スライダ機構となるリンク機構７５が構成される各固定ジョイント７６および可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮方向（Ｘ軸方向）およびその伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）のいずれに対しても垂直である。
【０１３８】
第１および第２のリンク８１Ａ，８１Ｂは、それぞれ一端が前記固定ジョイント７６および第１の可動ジョイント７７Ａに連結されて他端が第２の可動ジョイント７７Ｂで互いに連結される。第１の可動ジョイント７７Ａは、前記圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮側の端部と一体に移動可能な伸縮方向移動体７４に設けられ、この伸縮方向移動体７４と共に移動可能とする。
【０１３９】
図３０は、前記固定ジョイント７６が第１の可動ジョイント７７Ａのスライド方向延長線上になく、オフセットを持っているオフセットクランク機構の構成を示す。
【符号の説明】
【０１４０】
１…容器位置調整手段
２…撮像手段
３…顕微鏡
４…搬送手段
５…制御装置
７…画像処理手段
８…位置判定手段
８ａ…位置記憶部
９…担当範囲演算手段
１０…挿入順決定手段
１１…注入針
１２…容器
１４…Ｘ軸移動機構
１５…Ｙ軸移動機構
１６…Ｚ軸移動機構
１９Ａ〜１９Ｊ…圧電素子積層体
２６…可動片（拡大機構）
３６…可動片（第１の拡大機構）
３７…可動枠部（第２の拡大機構）
４０…基台
４１…第１の移動体
４２…第２の移動体
４３…第１のガイド
４４…第２のガイド
４５…第１の進退駆動手段
４５ａ…出力部材
４６…第２の進退駆動手段
４６ａ…出力部材
５４…振動駆動手段
７５…リンク機構（拡大機構）
７６…固定ジョイント
７７Ａ，７７Ｂ…可動ジョイント
８１Ａ〜８１Ｃ…リンク
７９…干渉回避手段
８６…視野範囲調整手段
８８…注入針移動制御手段
８９…容器移動制御手段
１００…容器内全範囲処理手段
１０１…第１のリンク機構（第１の拡大機構）
１０２…第２のリンク機構（第２の拡大機構）
１０６…固定ジョイント
１０７Ａ，１０７Ｂ…可動ジョイント
１０８Ａ，１０８Ｂ…リンク
１１５…第３のガイド
１１４…第４のガイド
１２１…第１の弾性体
１２２…第２の弾性体
Ｅ…担当範囲
Ｖ…顕微鏡視野範囲
Ｖａ…重複する部分
Ｔ…被導入体
Ｔｏ …基準となる被導入体
Ｍ…容器内の分割の境界線
Ｌ…顕微鏡視野範囲における分割線
Ｏ…顕微鏡視野範囲における中心
【技術分野】
【０００１】
この発明は、顕微鏡下で、細胞等の被導入体内に遺伝子制御因子等の導入物質を微小な注入針により導入するマイクロインジェクション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的な細胞内への物質導入方法には、エレクトロポレーション（電気的）、リポフェクション（化学的）、ベクター法（生物的）、マイクロインジェクション法（機械的）、レーザインジェクション（光学的）がある。電気的な方式は、大電流によって細胞膜を破るため細胞の損傷が大きい。化学的方式は、導入できる遺伝子に制限があり、導入効率が低い。生物的方式は導入できる遺伝子の種類に制限があり、また安全性の問題といった欠点があった。マイクロインジェクション法はインジェクション位置を高精度で制御することで確実に細胞内に物質を注入することが出来る特長がある。キャピラリ（微小針）を用いてマイクロインジェクションを行う方法が特許文献１に記載されている。
【０００３】
細胞内に遺伝子を導入する方法には上記の方式が挙げられるが、確実性と効率性の両方を有した技術はまだ無い。細胞１個１個に遺伝子を注入するマイクロインジェクション法は最も確実な方法であるが、その操作には熟練と時間を要し、そのためスループットが低いことが問題であった。マイクロインジェクション法のスループットを高くする手法として特許文献２に上げられるように多数の注入針を規則的に配列したマイクロキャピラリーアレイを開発し、これに対応した位置にチャンバーを有するマイクロチャンバーアレイを用いて、一括注入を試みた例がある。
【０００４】
図３１に、マイクロインジェクション法を適用した装置の従来例を示す。このマイクロインジェクション装置では、被導入体である細胞を収容したシャーレ９０を容器載置台９１で把持し、シャーレ９０の内部の局部平面画像を撮像手段９２で撮像し、その平面画像を画像処理手段９３で処理することにより、細胞の位置情報を得る。この容器載置台９１を、ＸＹステージ装置からなる水平２軸方向の容器位置調整手段９４によって移動させることで、注入針９５の挿入方向に細胞が位置するように細胞の位置決めを行う。次に、注入針９５を保持したマニピュレータを、Ｚステージ装置９６を有する注入針搬送手段９７によって注入針９５の挿入方向に移動させる。このように、位置決めされた細胞に対して注入針９５を突き刺し、注入針９５の内部に充填された導入物質を細胞に導入する。これらの一連の動作は、制御装置９８の制御により自動的に行なわれる。注入針搬送手段９７には、超音波モータやボールねじが使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２６２４７１９号公報
【特許文献２】特許第３０３５６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
細胞の形状、大きさ、弾性力が異なるため、細胞に対する注入針の位置制御を一括で行う特許文献２なとのマイクロキャピラリーアレイ方式では、多くの細胞に対して針が刺さらないか、或いは、多くの細胞を破壊するといった結果になっている。また、マイクロキャピラリーアレイを用いる方式は細胞をマイクロキャピラリーアレイと同位置に配列させる必要があるため、培養液内で移動可能な浮遊細胞のみに対応でき、培地やシャーレの底に付着した細胞には使用することができない。
【０００７】
マイクロインジェクション法のハイスループット化のために注入物質の注入速度の向上やマニピュレータ（注入針の搬送手段）の位置決め速度の向上が図られている。現在１秒以下で１個の細胞の注入処理を実現したものがある。しかし、医療用途の要求では、導入物質の種類を問わないこと、導入効率が高いこと、及び、物質導入細胞を大量に供給できることが要求され、特に重要な物質導入細胞を大量に供給できる要求は現状では満たすことができない。
【０００８】
複数の注入針を使用したくとも、現状は注入針を装備したマニピュレータの寸法が大きいためマニピュレータの複数配置が出来ないといった問題がある。また、現在のマイクロインジェクション装置では細胞の位置決めには細胞が入ったシャーレステージを稼動し、注入針を装備したマニピュレータは細胞に注入針を穿刺する方向のみに稼動するため、複数の細胞の位置決めを同時に行うことが出来なかった。
【０００９】
例えば図３１と共に前述したような現在のマイクロインジェクション装置では、細胞を位置決めするために細胞を収容したシャーレ９０を支持する容器位置調整手段９４を移動させ、注入針９５を装備したマニピュレータを、細胞に注入針９５を挿入する方向にのみ移動させるため、複数の細胞を位置決めして各細胞に注入針を同時に挿入することができなかった。
また、注入針９５の搬送手段において、注入針９５が、直行するＸ軸方向、Ｙ軸方向の２自由度を移動する場合、例えばＸ軸移動機構上にＹ軸移動機構を積み重ねるように配置していた。そのため、Ｘ移動機構は注入針とＹ軸移動機構との両者を駆動することになるため、高速移動が困難であった。
【００１０】
上記マニピュレータの寸法の小型化については、駆動源として圧電素子積層体を用いたり、その圧電素子積層体の動作を拡大する機構を用いることなどで解決したものを、本出願人は先に提案した（例えば、特願２０１０−０７７６７７号）。この提案例では、注入針を穿刺する方向のみではなく、水平面内での移動と、穿刺方向との両方の移動が可能とされており、複数の細胞への並行したインジェクション処理が可能となる。また、マニピュレータの小型化については、他にも考えられ、マニピュレータの複数配置は、実現可能性が高まっている。
【００１１】
しかし、複数配置された各マニピュレータを用いてどの被導入体のインジェクション処理を行うかにつき、未解決であった。複数あるマニピュレータをどのように使い分けるかは、シャーレ内の全ての被導入体にインジェクション処理を行うにつき、処理の総時間に大きく影響する。
【００１２】
この発明の目的は、細胞等の被導入体への導入物質の導入を、複数の注入針で効率良く確実に行うことができて、処理効率の向上が可能なマイクロインジェクション装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明のマイクロインジェクション装置は、内部に導入物質が充填された注入針１１を被導入体Ｔに挿入することにより、被導入体Ｔ内に導入物質を導入するインジェクション処理を行うマイクロインジェクション装置であって、
前記被導入体Ｔの入った容器１２の位置を調整する容器位置調整手段１と、この容器位置調整手段１で位置調整された容器１２の内部の被導入体Ｔに対して複数の注入針１１をそれぞれ個別に少なくとも２次元方向に移動可能に移動させる複数の搬送手段４と、前記容器位置調整手段１により位置調整された前記容器１２の内部の画像を、顕微鏡３を通して顕微鏡視野範囲Ｖで撮像する撮像手段２と、この撮像手段２によって得られた画像から前記顕微鏡視野範囲Ｖの各被導入体Ｔの位置を判定する位置判定手段８と、この位置判定手段８で判定された各被導入体Ｔの位置の情報から、定められた規則Ｒに従って各注入針１１の搬送手段４の負荷が均等化されるように、各注入針１１が担当する前記顕微鏡視野Ｖ内での範囲Ｅを決定する担当範囲演算手段９と、この担当範囲演算手段９で決定された担当範囲Ｅの各被導入体Ｔに対して、前記位置判定手段８で判定された各被導入体Ｔの位置の情報から前記各搬送手段４に注入針１１の移動を行わせる注入針移動制御手段８８とを備えることを特徴とする。
【００１４】
この構成によると、複数の注入針１１をそれぞれ個別に少なくとも２次元方向に移動可能に移動させる複数の搬送手段４を設けたため、これら複数の注入針１１を並行して動作させ、インジェクション処理を行うことができる。被導入体Ｔの入った容器１２の位置を調整する容器位置調整手段１を設け、容器位置調整手段１により位置調整された前記容器１２の内部の画像を、顕微鏡３を通して顕微鏡視野範囲Ｖで撮像する撮像手段２と、この撮像手段２によって得られた画像から前記顕微鏡視野範囲Ｖの各被導入体Ｔの位置を判定する位置判定手段８とを設けたため、顕微鏡視野範囲Ｖ毎に前記複数の注入針１１でインジェクション処理を行って、容器１２内の全ての被導入体Ｔのインジェクション処理を行うことができる。
この場合に、各注入針１１が担当する顕微鏡視野Ｖ内での範囲Ｅを決定する担当範囲演算手段９を設け、この手段９は、定められた規則Ｒに従って各注入針１１の搬送手段４の負荷が均等化されるように担当範囲を決定するものとしたため、顕微鏡視野Ｖ内の全体の被導入体Ｔに対して、一部の注入針１１に負荷が偏ることなくインジェクション処理することができる。そのため、並行動作させる各注入針１１が、顕微鏡視野Ｖ内で担当する全ての各被導入体Ｔへのインジェクション処理を完了する時間の差が少なくなる。したがって、被導入体Ｔへの導入物質の導入を、複数の注入針１１で効率良く確実に行うことができて、処理効率の向上が可能となる。
【００１５】
なお、前記の「負荷」は、注入針１１の搬送手段の動作時間や動作回数に影響する要因の物理量であって、任意に定められた規則に従って計算される物理量であり、例えば、注入針１１の移動する距離であっても、注入針１１の移動する回数であっても、またこれらの距離や回数の両方を考慮した値であっても良い。
【００１６】
この発明において、前記担当範囲演算手段９は、各注入針１１が担当する範囲Ｅの面積がほぼ均等となるように、前記顕微鏡視野範囲Ｖの領域を分割するものであっても良い。担当する範囲Ｅの面積がほぼ均等であれば、各注入針１１の搬送手段４の負荷が均等化され、各注入針１１によるインジェクション処理の時間が均等化される。また、担当する範囲Ｅの面積をほぼ均等に分割するため、分割の演算処理が容易である。
【００１７】
この発明において、前記担当範囲演算手段９は、各注入針１１が担当する被導入体Ｔの数がほぼ均等となるように前記顕微鏡視野範囲Ｖの領域を分割するものであっても良い。担当する被導入体Ｔの数が等しければ、注入針１１のインジェクション処理のための動作の回数が均等となるため、各注入針１１によるインジェクション処理の時間が均等化される。
【００１８】
この発明において、個々の注入針１１毎に、担当する各被導入体Ｔへのインジェクション処理の動作における注入針１１の総移動距離が最短になるように、被導入体１１のインジェクション処理の順番を決定する挿入順決定手段１０を設けても良い。
インジェクション処理の動作では、注入針１１を挿入方向の待機位置にある状態で、注入針１１が被導入体Ｔに対向する位置に来るように調整移動させ、注入針１１を被導入体に挿入する挿入方向の動作、および被導入体Ｔを待機位置に戻す動作を繰り返すことになる。担当範囲Ｅ内の複数の被導入体Ｔにインジェクション処理を行う場合に、どの順に処理を行うかは、前記挿入方向の動作の時間への影響は少ないが、前記調整移動の距離が大きく異なり、移動時間の和が大きく変わる。そのため、注入針１１の総移動距離が最短になるように順番を定めることで、担当範囲Ｅの全ての被導入体のインジェクション処理を行う総時間が短縮できる。
【００１９】
前記挿入順決定手段１０を設けた場合に、前記担当範囲演算手段９を次の構成としても良い。例えば、前記担当範囲演算手段９は、個々の注入針１１の前記総移動距離がほぼ均等となるように前記顕微鏡視野範囲Ｖの領域を分割するものとする。
前記挿入順決定手段１０を設けた場合は、個々の注入針１１の総移動距離が定まる。このように定まる総移動距離を均等化させることで、各注入針１１が担当するインジェクション処理の時間が均等化され、処理効率の向上が可能となる。
【００２０】
前記挿入順決定手段１０を設けた場合に、前記担当範囲演算手段９は、個々の注入針１１の前記総移動距離と処理個数の積がほぼ均等となるように顕微鏡視野範囲Ｖの領域を分割するものであっても良い。インジェクション処理のための注入針１１の移動に要する時間には、注入針１１が被導入体Ｔに対向する位置に来るように調整移動させる時間と、注入針１１を挿入方向に往復させる時間とがある。注入針１１を挿入方向に往復させる時間は、処理個数に依存する。調整移動させる時間は、前記総移動距離に依存する。そのため、総移動距離と処理個数の積がほぼ均等となるように顕微鏡視野範囲の領域を分割することで、各注入針が担当するインジェクション処理の時間がより一層均等化され、処理効率のさらなる向上が可能となる。また、上記のように処理個数と総移動距離の両者から処理時間が決定されるが、両者の積を用いることで、処理個数と総移動距離を反映させた適切な領域分割が簡単に行える。
【００２１】
前記挿入順決定手段１０を設けた場合に、前記担当範囲演算手段９は、注入針１１の移動時間と、注入針１１が被導入体Ｔに挿入されている間に導入物質の充填のために停止させるインジェクション時間とを用い、インジェクション時間と移動時間との和である処理時間がほぼ均等となるように前記顕微鏡視野範囲Ｖの領域を分割するものとしても良い。
移動時間の他に、注入針１１が導入物質の充填のために停止しているインジェクション時間を考慮することで、各注入針１１が担当するインジェクション処理の時間がより一層均等化され、処理効率のさらなる向上が可能となる。
【００２２】
この発明において、前記担当範囲演算手段９は、各注入針１１を並行して動作させたときに注入針１１同士の干渉が生じないことを優先条件とし、この優先条件下で前記顕微鏡視野範囲Ｖの領域を分割するものとしても良い。
各注入針１１を並行して動作させたときに注入針同士の干渉が生じる場合は、並行動作させることができない。したがって、干渉が生じないことを優先条件し、この優先条件を充足する範囲で、他の条件、例えば担当する面積がほぼ均等、あるいは担当する被導入体の数がほぼ均等となるように顕微鏡視野範囲の領域を分割することが実際的である。
【００２３】
この発明において、注入針１１同士が干渉しないように、各注入針１１の被導入体Ｔへのインジェクション処理の順番を決定する干渉回避手段７９を設けても良い。これにより、注入針１１同士の干渉の回避が確実となる。
【００２４】
被導入体Ｔの大きさに応じて、顕微鏡視野範囲Ｖを調整する視野範囲調整手段８６を設けても良い。顕微鏡視野範囲Ｖの調整は、例えば顕微鏡３の対物レンズの倍率変更により行う。被導入体Ｔの大きさにより、被導入体Ｔへの注入針１１の挿入位置の精度の要求が変わる。そのため、被導入体Ｔが大きいときは顕微鏡視野範囲Ｖを広げて容器位置の変更回数を減らし、被導入体Ｔが小さいときは顕微鏡視野範囲Ｖを狭めて精度向上を図ることで、導入に必要な精度の低下を生じることなく、インジェクション処理の効率の向上を図ることができる。
【００２５】
顕微鏡視野範囲Ｖに応じて前記容器位置調整手段１により容器１２の位置を順次移動させ、容器１２内の全領域で前記注入針１１のインジェクション処理を行わせるように前記容器位置調整手段１および前記各注入針１１の搬送手段４を制御する容器内全範囲処理手段１００を設けても良い。これにより、容器１２内の全ての被導入体Ｔに導入物質の導入を行うことができる。
【００２６】
前記容器内全範囲処理手段１００は、一つの顕微鏡視野範囲Ｖの全ての被導入体Ｔに対するインジェクション処理が行なわれた後、顕微鏡視野範囲Ｖに応じて前記容器１２を前記容器位置調整手段１により順次移動させ、各回の移動後の位置における容器１２内の被導入体Ｔに対するインジェクション処理を行わせるようにしても良い。この場合、被導入体Ｔの位置の記憶が、一つの顕微鏡視野範囲Ｖだけで済み、記憶容量が少なくて済む。
【００２７】
前記容器内全範囲処理手段１００を設けた場合に、前記各注入針１１のインジェクション処理の順番を、定められた規則より決める挿入順決定手段１０を備え、前記容器内全範囲処理手段１００は、顕微鏡視野範囲Ｖに応じて前記容器位置調整手段１により容器１２の位置を順次移動させ、複数回の移動先の各顕微鏡視野範囲Ｖまでの被導入体Ｔの位置を、インジェクション処理よりも前に、前記位置判定手段８により判定させ、かつ前記担当範囲演算手段９に各注入針１１が担当する前記範囲Ｅを決定させ、前記挿入順決定手段１０にインジェクション処理の順番を決定させるものとしても良い。
このように先行して移動先の被導入体Ｔの位置の情報を取得しておくことで、顕微鏡視野範囲Ｖのインジェクション処理時において、注入針の移動先の計算を先行して行うことができ、処理時間の短縮が図れる。
【００２８】
前記容器内全範囲処理手段１００を設けた場合に、前記各注入針１１のインジェクション処理の順番を定められた規則より決める挿入順決定手段１０を備え、前記容器内全範囲処理手段１００は、顕微鏡視野範囲Ｖに応じて前記容器位置調整手段１により容器１２の位置を順次移動させて前記容器１２内の全被導入体Ｔの位置を、インジェクション処理よりも前に前記位置判定手段８により判定させ、かつ前記担当範囲演算手段９に各注入針１１が担当する前記範囲Ｅを決定させ、前記挿入順決定手段１０にインジェクション処理の順番を決定させるものとしても良い。
容器１２内の全被導入体Ｔの位置を、インジェクション処理よりも前に前記位置判定手段８により判定させることで、より一層効率の良い領域分割やインジェクション処理順の決定等が行える。
【００２９】
前記容器内全範囲処理手段１００は、顕微鏡視野範囲Ｖに応じて前記容器位置調整手段１により容器１２の位置を順次移動させ、現在の顕微鏡視野範囲Ｖの被導入体Ｔの位置を位置判定手段８により判定させると同時に、複数回前の顕微鏡視野範囲Ｖの各被導入体Ｔへのインジェクション処理を、前記注入針移動制御手段８８による搬送装置４の移動によって行わせるようにしても良い。この構成の場合、被導入体Ｔの位置の演算をインジェクション処理中に行え、より一層効率良く全体のインジェクション処理を行うことができる。
【００３０】
前記容器内全範囲処理手段１００は、前記容器位置調整手段１により容器の１２位置を順次移動させるときに、顕微鏡視野範囲Ｖに重複する部分Ｖａを持つように移動させるものとしてもよい。重複する部分Ｖａを持たせることで、顕微鏡視野範囲Ｖの境界付近の被導入体Ｔに対して未処理が生じることを防止できる。
【００３１】
顕微鏡視野範囲Ｖに重複する部分Ｖａを持つように前記容器１２を移動させる場合に、前記容器内全範囲処理手段１００は、前記重複する部分Ｖａの面積が同じになるようにしても良い。重複する部分Ｖａの面積を同じとすることで、容器内の範囲を多数の顕微鏡視野範囲Ｖに区分する処理が容易になる。
【００３２】
顕微鏡視野範囲Ｖに重複する部分Ｖａを持つように移動させる場合に、前記容器内全範囲処理手段１００は、前記容器位置調整手段１により容器１２の位置を順次移動させるときに、定められた規則により、顕微鏡視野範囲Ｖ内に基準となる被導入体Ｔｏ を決定し、その被導入体Ｔｏ が含まれる領域が重複するように移動させるものとしても良い。この構成の場合、重複する位置にある被導入体Ｔｏが基準であり、被導入体Ｔｏの位置が明確となる。
【００３３】
この発明において、前記搬送手段は、進退自在に設置された移動体と、この移動体を移動させる進退駆動手段とを有し、前記進退駆動手段は、駆動源として、複数の圧電素子が積層されて積層方向に伸縮する圧電素子積層体を有するものとしても良い。駆動源として積層型の圧電素子を用いた場合は、搬送手段をより一層小型化できて、前記容器の周囲の限られたスペースに多数の搬送手段を配置でき、それだけ多数の注入針を使用することができてインジェクション処理の効率向上が可能となる。
【００３４】
駆動源として前記圧電素子積層体を用いた場合に、前記搬送手段における前記圧電素子積層体を駆動源とする進退駆動手段は、圧電素子積層体を平行に配置し、これら複数の圧電素子積層体を、結合部材を介して伸縮方向に直列に接続しても良い。
このように複数本の圧電素子積層体を平行に配置して直列接続した場合、コンパクトな構成でより一層大きな変位が得られる。注入針の先端が、撮像手段によって得られた画像における所定視野内全域を移動可能にするためには、搬送手段による注入針の移動距離は１ｍｍ以上であることが望ましいが、上記の圧電素子積層体の配置，接続構成とすることで、大きなスペースを要することなく、注入針に必要な移動量を十分確保することができる。
【００３５】
この構成の場合に、前記搬送手段における前記圧電素子積層体を駆動源とする進退駆動手段は、圧電素子積層体の伸縮をその伸縮方向と直交する方向の変位に拡大する拡大機構を有するものとしても良い。前記拡大機構は、例えばリンク機構とする。
拡大機構を有すると、注入針に必要な移動量を確保するうえで、より効果的なものとなる。リンク機構によると、簡単な構成の拡大機構とできる。
【００３６】
また、前記圧電素子積層体を駆動源とする構成の場合に、前記搬送手段における前記圧電素子積層体を駆動源とする進退駆動手段は、圧電素子積層体の伸縮をその伸縮方向と平行な方向の変位に拡大する拡大機構を有するものとしても良い。前記拡大機構は、例えばリンク機構とする。 伸縮方向と平行な方向の変位に拡大するようにした場合も、注入針に必要な移動量を確保するうえで、より効果的なものとなる。
【００３７】
圧電素子積層体の伸縮をその伸縮方向と直交する方向の変位に拡大する拡大機構を有する場合、および伸縮方向と平行な方向の変位に拡大する拡大機構を有する場合のいずれにおいても、前記リンク機構は、次の構成のものが採用できる。すなわち、前記リンク機構は、１つの固定ジョイントと２つの可動ジョイントと２つのリンクとからなるクランク・スライダ機構を有し、このクランク・スライダ機構は、前記圧電素子の伸長方向の変位を、前記２つの可動ジョイントおよび２つのリンクを介して、固定ジョイントの円周上の任意の方向に変換し更に変位を拡大可能としても良い。リンク機構をこの構成した場合、部品点数の削減や寸法の小型化が図れる。
【００３８】
この発明において、前記搬送手段は、少なくとも第１の移動体と第２の移動体とを互いに直交する方向に進退自在とした２自由度を持っていて、第２の移動体に前記注入針を支持し、前記第１の移動体が第１のガイドを介して基台に直線方向に進退自在移動可能に設置され、第１の移動体の上に第２のガイドを介して第２の移動体が、前記直線方向と直交する方向に進退自在に設置され、前記第１の移動体および第２の移動体をそれぞれ進退させる第１の進退駆動手段および第２の進退駆動手段が前記基台に設置され、前記第２の進退駆動手段の出力部材が、第２の移動体に対して進退移動可能な方向と直交する方向に対して移動が自在に連結され、または接触するものとしても良い。
この構成の場合、前記搬送手段は、移動体と進退駆動手段を分離し、各自由度に対する進退駆動手段をいずれも基台に設置したため、搬送手段を小型化でき、また移動体の質量を低減できて搬送手段の高速駆動が可能となる。各自由度に対する進退駆動手段をいずれも基台に設置したが、基台に対して第１の移動体を介して設置される第２の移動体に対しては、第２の進退駆動手段の出力部材が、その進退移動可能な方向と直交する方向に対
して移動が自在に連結され、または接触するため、第１の移動体の移動した位置に係わらず、第２の進退駆動手段の進退駆動を第２の移動体に伝達することができる。
また、搬送手段を小型化できるため、細胞等の被導入体が入ったシャーレ等の容器の周辺に複数の搬送手段を配置することが実現容易となる。そのため複数の被導入体に対して注入針先端の位置決めを同時に行うことが出来、一度に多数の被導入体へのインジェクション処理を実行することが出来、ハイスループット化が可能となる。
【００３９】
この発明において、被導入体が細胞であり、導入物質が、ＤＮＡおよびタンパク質等の遺伝子制御因子であっても良い。このような細胞への遺伝子制御因子の注入の場合に、この発明における、複数の注入針で効率良く確実に行うことができて、処理効率の向上が可能という利点が、効果的に発揮される。
【発明の効果】
【００４０】
この発明のマイクロインジェクション装置は、内部に導入物質が充填された注入針を被導入体に挿入することにより、被導入体内に導入物質を導入するインジェクション処理を行うマイクロインジェクション装置であって、 前記被導入体の入った容器の位置を調整する容器位置調整手段と、この容器位置調整手段で位置調整された容器の内部の被導入体に対して、複数の注入針をそれぞれ個別に少なくとも２次元方向に移動可能な複数の搬送手段と、前記容器位置調整手段により位置調整された前記容器の内部を、顕微鏡を通して顕微鏡視野範囲で撮像する撮像手段と、この撮像手段によって得られた画像から前記顕微鏡視野範囲の各被導入体の位置を判定する位置判定手段と、この位置判定手段で判定された各被導入体の位置の情報から、定められた規則に従って各注入針の搬送手段の負荷が均等化されるように、各注入針が担当する前記顕微鏡視野内での範囲を決定する担当範囲演算手段と、この担当範囲演算手段で決定された担当範囲の各被導入体に対して、前記位置判定手段で判定された各被導入体の位置の情報から前記各搬送手段に注入針の移動を行わせる注入針移動制御手段とを備えるため、細胞等の被導入体への導入物質の導入を、複数の注入針で効率良く確実に行うことができて、処理効率の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】（Ａ）はこの発明の第１の実施形態にかかるマイクロインジェクション装置の概念構成の説明図、（Ｂ）はその容器内の顕微鏡視野範囲による分割の説明図、（Ｃ）はその顕微鏡視野範囲の担当範囲への分割の説明図である。
【図２】同マイクロインジェクション装置における搬送手段の配置構成を示す平面図である。
【図３】顕微鏡視野範囲の分割形態の一例を示す説明図である。
【図４】顕微鏡視野範囲の分割形態の他の例を示す説明図である。
【図５】顕微鏡視野範囲の分割形態のさらに他の例を示す説明図である。
【図６】顕微鏡視野範囲の分割形態のさらに他の例を示す説明図である。
【図７】（Ａ）は容器内の全ての被導入体の位置をまとめて判定する動作の説明図、（Ｂ）は容器内の複数分割された範囲毎に被導入体の位置をまとめて判定する動作の説明図である。
【図８】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ顕微鏡視野範囲の重複部分を持たせる形態の説明図である。
【図９】同マイクロインジェクション装置における搬送手段の他の配置構成を示す平面図である。
【図１０】同マイクロインジェクション装置における搬送手段の側面図である。
【図１１】同マイクロインジェクション装置における搬送手段のＸ軸移動機構およびＹ軸移動機構を示す一部省略平面図および正面図である。
【図１２】同搬送手段のＸ軸移動機構およびＹ軸移動機構を示す平面図および正面図である。
【図１３】同搬送手段の進退駆動手段の一例を示す断面図である。ある。
【図１４】同マイクロインジェクション装置における容器位置調整手段の一例を示す平面図である。
【図１５】同搬送手段の進退駆動手段における出力部材と移動体との接触部の一例を示す拡大平面図である。
【図１６】同搬送手段の進退駆動手段における出力部材と移動体との接触部の他の例を示す拡大平面図である。
【図１７】同マイクロインジェクション装置における搬送手段のＸ軸移動機構およびＹ軸移動機構の他の例を示す平面図および正面図である。
【図１８】同マイクロインジェクション装置における搬送手段のＸ軸移動機構およびＹ軸移動機構のさらに他の例を示す平面図および正面図である。
【図１９】同マイクロインジェクション装置における搬送手段のＸ軸移動機構およびＹ軸移動機構のさらに他の例を示す平面図および正面図である。
【図２０】同マイクロインジェクション装置における搬送手段のＸ軸移動機構およびＹ軸移動機構のさらに他の例を示す平面図および正面図である。
【図２１】同搬送手段におけるＺ軸移動機構の一例の縦断面図とその制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図２２】同搬送手段における進退駆動手段とその制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す他の例の図である。
【図２３】同搬送手段における進退駆動手段とその制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせたさらに他の例を示す図である。
【図２４】同搬送手段における進退駆動手段とその制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせたさらに他の例を示す図である。
【図２５】同進退駆動手段におけるリンク機構の一構成例を示す平面図、（Ｂ）は同リンク機構の他の構成例を示す平面図およびその部分拡大断面図、（Ｃ）は同リンク機構のさらに他の構成例を示す平面図である。
【図２６】同搬送手段における進退駆動手段とその制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせたさらに他の例を示す図である。
【図２７】同搬送手段の進退駆動手段におけるリンク機構のさらに他の構成例を示す平面図である。
【図２８】同搬送手段における進退駆動手段とその制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせたさらに他の例を示す図である。
【図２９】同進退駆動手段のリンク機構の一構成例を示す平面図である。
【図３０】同リンク機構の他の一構成例を示す平面図である。
【図３１】従来例の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図８と共に説明する。図１は、このマイクロインジェクション装置の概念図を示す。このマイクロインジェクション装置は、内部に導入物質の充填された微小な注入針１１を被導入体Ｔに挿入することにより、被導入体Ｔ内に導入物質を導入する装置である。被導入体Ｔは、例えば細胞である。この細胞は、人体の細胞であっても、他の任意の動物や植物等の生物の細胞であっても良い。
このマイクロインジェクション装置は、容器位置調整手段１と、複数の注入針１１に対して個別に設けたマニピュレータである複数の搬送手段４と、これら各搬送手段４を注入準備位置と退避位置との間で進退させる搬送手段退避機構３９と、撮像手段２と、顕微鏡３と、装置全体の動作を制御する制御装置５とを備える。
【００４３】
容器位置調整手段１は、被導入体を収容するシャーレ等の容器１２が載置状態に保持された容器載置台１３を水平な直交２軸方向（Ｘ軸，Ｙ軸方向）に移動させて容器１２の位置を調整する手段であり、ＸＹステージ装置６により構成される。
なお、この明細書でいうＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、マイクロインジェクション装置の全体における共通の座標系として定められる直角座標の各軸を表すが、搬送手段４については、それぞれ個別の装置説明での各自由度に対する軸として表す場合がある。
【００４４】
撮像手段２は、顕微鏡３と共に、容器載置台１３の上方の固定位置に、容器１２を俯瞰するように１台だけ設置される。撮像手段２は、容器１２の内部を局部的に拡大した平面視画像等の画像を、顕微鏡３を通して撮像するカメラなどであり、顕微鏡３の視野範囲Ｖ（図１（Ｂ））毎の撮像を行う。顕微鏡視野範囲Ｖは、容器位置調整手段１により容器１２を移動させることで、容器１２内の任意の位置が顕微鏡視野範囲Ｖとされる。例えば、図１（Ｂ）のように容器１２内を区分した各範囲が顕微鏡視野範囲Ｖとされる。撮像した画像は、画像処理手段７によって処理される。顕微鏡３は、外部から与えられる入力信号によって対物レンズ（図示せず）の倍率などを調整することで、視野範囲の調整が可能な駆動式の倍率調整手段（図示せず）を有する。
【００４５】
搬送手段４は、個々の注入針１１をそれぞれ移動させるＸＹＺステージ装置等からなる手段であり、複数設けられる。これら複数の搬送手段４は、図２に平面図で示すように、容器載置台１３の上方に位置して、容器１２を囲むように、容器１２の中心に対して放射状に配置される。同図の例では、搬送手段４は、容器１２の左右にそれぞれ複数個（例えば２個）ずつが等角度間隔で配置され、左右の搬送手段４は、互いに放射中心に対して同一直線上に対向して位置している。搬送手段４は、図９のように左右に３つが等角度間隔で並ぶように配置しても、さらに多数設けても良い。
【００４６】
図１において搬送手段４は、３自由度を有する機構であり、注入針１１を３次元方向に移動可能である。具体的には、搬送手段４は、注入針１１を水平な直交２軸方向に移動させる機構と、注入針１１を水平面に対して傾斜した直線方向に進退させる機構とからなる。搬送手段４のより具体的な構成は、後に詳しく説明する。なお、搬送手段４は、少なくとも２自由度、すなわち直交２軸方向の移動が可能であれば、複数設置して並行してインジェクション処理させることができる。
【００４７】
制御装置５は、コンピュータおよびこれに実行されるプログラムにより構成され、これらによって、位置判定手段８、担当範囲演算手段９、挿入順決定手段１０、目標位置決定手段８０、容器内全範囲処理指令手段１００、視野範囲調整手段８６、容器移動間隔決定手段８７、注入針移動制御手段８８、および容器移動制御手段８９が構成されている。さらに、干渉回避手段７９を設けても良い。制御装置５は、この他に、キーボードやマウス等の手操作による入力手段や、通信回線や記録媒体から入力する入力手段、および画像の表示が可能な液晶表示装置等の表示手段（いずれも図示せず）が備えられ、または接続されている。
【００４８】
位置判定手段８は、撮像手段２によって得られた画像から、顕微鏡３の視野範囲Ｖの各被導入体Ｔの位置を判定する手段である。撮像手段２によって得られた画像は、画像処理手段７によって２値画像等に処理され、位置判定手段８は、例えばその２値画像の黒点位置が被導入体Ｔの位置とする。被導入体Ｔの位置は、顕微鏡視野範囲内の直交２軸方向の座標位置として判定する。顕微鏡視野範囲Ｖと、容器１２の位置との関係から、被導入体Ｔの容器１２に対する座標位置や、容器位置調整手段１の基準位置に対する被導入体Ｔの座標位置が求まる。位置判定手段８で判定された各被導入体Ｔの位置は、位置判定手段８における位置記憶部８ａに記憶される。
【００４９】
担当範囲演算手段９は、顕微鏡視野Ｖ内における各注入針１１が担当する範囲Ｅを決定する手段であり、位置判定手段８で判定されて位置記憶部８ａに記憶された各被導入体Ｔの位置の情報から、定められた規則Ｒに従って担当範囲Ｅを決定する。この規則Ｒは各注入針１１の搬送手段４の負荷が均等化されるように担当範囲Ｅを決定するものとされる。
【００５０】
担当範囲演算手段９による担当範囲Ｅの決定は、例えば、図３、図４、図５、または図６に示すように行う。いずれの例においても、視野範囲Ｖを、この視野範囲Ｖ内に定めた放射中心Ｏの回りに、それぞれの分割範囲が各注入針１１に近い位置となるように、放射状の分割線Ｌにより注入針１１の個数分の分割範囲に分割し、その近い位置の分割範囲をその注入針１１の担当範囲Ｖとすることを前提とする。放射中心Ｏは、視野範囲Ｖの中心、つまり図心としても良く、また任意に定めた点であっても良い。この前提下で各図のように定める。
【００５１】
図３は、各注入針１１が担当する面積がほぼ均等となるように、顕微鏡視野範囲Ｖの領域を、放射中心Ｏ回りの分割線Ｌで複数の担当範囲Ｅに分割する例である。放射中心Ｏは、視野範囲Ｖの中心としたが、視野範囲Ｖの中心から偏った位置としても良い。
図４は、各注入針１１が担当する被導入体Ｔの数がほぼ均等となるように、顕微鏡視野範囲Ｖの領域を、放射中心Ｏ回りの分割線Ｌで複数の担当範囲Ｅに分割する例である。放射中心Ｏは、上記の例で視野範囲Ｖの中心としたが、視野範囲Ｖの中心から偏った位置としても良い。
図５は、個々の注入針１１の搬送手段４による総移動距離がほぼ均等となるように、顕微鏡視野範囲Ｖの領域を、放射中心Ｏ回りの分割線Ｌで複数の担当範囲Ｅに分割する例である。この例も、放射中心Ｏは、視野範囲Ｖの中心としたが、視野範囲Ｖの中心からずれた位置としても良い。なお、総移動距離は、担当範囲Ｅ内の各被導入体Ｔへのインジョクション処理を行う順番が異なれば変わるため、総移動距離が最短となるインジョクション処理順をとる場合の総移動距離がほぼ均等となるようにする。総移動距離が最短となるインジョクション処理順は、挿入順決定手段１０により演算される。この場合に、例えば、担当範囲Ｅを種々仮に定め、その各場合の総移動距離を比較することで、総移動距離がほぼ均等となる担当範囲Ｅを計算することができる。
【００５２】
担当範囲演算手段９は、上記各例の他にも、種々の担当範囲Ｅを定める手法が採用できるが、これらについては、後にこのマイクロインジェクション装置の動作の説明欄で説明する。
【００５３】
挿入順決定手段１０は、個々の注入針１１毎に、担当する各被導入体Ｔへのインジェクション処理の動作における注入針１１の総移動距離が最短になるように、担当範囲Ｅ内における被導入体Ｔのインジェクション処理の順番を決定する手段である。
【００５４】
目標位置決定手段８０は、挿入順決定手段１０で順番が決定された個々の被導入体Ｔに対し、注入針１１を挿入する目標となる座標位置を決定する手段である。この座標位置は、被導入体Ｔの顕微鏡視野範囲Ｖ内での座標位置と、その顕微鏡視野範囲Ｖの容器位置に対する座標位置から定められる。容器位置は、容器位置調整手段１によって移動させられた位置である。
【００５５】
注入針移動制御手段８８は、目標位置決定手段８０によって決定された目標の座標位置へ注入針１１が移動するように搬送手段４を制御する手段である。注入針移動制御手段８８は、個々の注入針１１毎に設けた注入針個別制御部８８ａの総称である。これら注入針個別制御部８８ａを総称して注入針移動制御手段８８と称する。注入針個別制御部８８ａは、個々の搬送手段４における、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の各駆動源の制御を行う。
【００５６】
容器移動制御手段８９は、入力された容器位置のＸＹ方向の座標位置となるように、容器位置調整手段１の水平方向となる各軸方向（Ｘ方向，Ｙ方向）の駆動源を制御する手段である。
【００５７】
容器内全範囲処理指令手段１００は、顕微鏡視野範囲Ｖに応じて、容器位置調整手段１により容器１２の位置を順次移動させ、容器１２内の全領域で注入針１１のインジョクション処理を行わせるように容器位置調整手段１および各注入針１１の搬送手段４を制御する手段である。この制御は、注入針移動制御手段８８および容器移動制御手段８９に指令を与えることで、注入針移動制御手段８８および容器移動制御手段８９を介して行う。例えば、図１（Ｂ）のように、容器１２の全範囲を、顕微鏡視野範囲Ｖが縦横にマトリクス状に並ぶ領域に区分し、その区分された各顕微鏡視野範囲Ｖに順次位置するように、容器位置調整手段１で容器１２を移動させて位置決めし、各容器１２の停止位置でそのときの顕微鏡視野範囲Ｖに対して、各注入針１１の搬送手段４を駆動させる。なお、容器１２の範囲に顕微鏡視野範囲Ｖを配列にする場合に、後述のように重複範囲が生じても良い。
【００５８】
容器内全範囲処理指令手段１００は、この例では、一つの顕微鏡視野範囲Ｖにおけるインジョクション処理が終了するごとに、容器１２の位置を移動させ、次の一つの顕微鏡視野範囲Ｖにおける被導入体Ｔの位置の判定、およびインジェクション処理を行う動作を繰り返すようにしている。この他に、後述の例のように、容器１２内の全範囲や、その一部となる複数の顕微鏡視野範囲Ｖにおける被導入体Ｔの位置の判定をまとめて行うようにしても良い。
【００５９】
視野範囲調整手段８６は、被導入体Ｔの大きさに応じて、顕微鏡視野範囲Ｖを調整する手段である。被導入体Ｔの大きさは、例えば、画像処理手段７により処理された画像から判別される被導入体Ｔの平均的な大きさであっても良く、その場合、視野範囲調整手段８６は、例えば前記被導入体Ｔの平均的な大きさを計算する機能を有するものとする。また被導入体Ｔの大きさは、制御装置５に対して入力手段（図示せず）から与えるようにしても良い。視野範囲調整手段８６による視野範囲の調整は、例えば、顕微鏡３の有する倍率調整機構（図示せず）の駆動源に指令を与えることで行う。倍率調整機構は、対物レンズ（図示せず）の自動切替等によって倍率を調整する。
【００６０】
容器移動間隔決定手段８７は、図１（Ｂ）のように顕微鏡視野範囲Ｖで区分して、容器位置を隣の顕微鏡視野範囲Ｖに移動させるときに、その移動距離を、視野範囲調整手段８６で調整された視野範囲に対応する距離とする手段である。
【００６１】
干渉回避手段７９は、挿入順決定手段１０で各注入針の被導入体Ｔへのインジェクション処理の順番を決定するにつき、注入針１１同士が干渉しないように処理順を決定させる手段である。なお、各注入針１１の搬送装置４が、注入針１１の相互の干渉が生じることがないように配置されている場合は、干渉回避手段７９は設ける必要がない。しかし、微小な範囲で複数の注入針１１を並行動作させるため、不測の干渉が生じないように、並行動作時に互いに離れた位置の被導入体Ｔにインジェクション処理を行うように、干渉回避手段７９によって、挿入順決定手段１０にインジェクション処理の順番を決定させるようにしても良い。
【００６２】
次の上記構成のマイクロインジェクション装置の動作を説明する。インジェクション処理は、容器１２内の全領域に対し行うが、顕微鏡視野範囲Ｖ毎に順次行う。まず、個々の顕微鏡視野範囲Ｖでのインジェクション処理について説明する。被導入体Ｔへの導入のための注入針１１の水平方向（直交２軸方向）および注入方向の位置決めは、全て、個々の注入針１１毎に設けられた搬送手段４で行う。そのため、容器１２の周りに放射状に配置された複数の注入針１１により、並行してインジェクション処理を行うことができる。
【００６３】
処理に際して、まず、顕微鏡視野範囲Ｖの全ての被導入体Ｔに対し、撮像手段２で撮像し、画像処理手段７による画像処理を行って位置判定手段８により位置を判定し、位置記憶部８ａに記憶する。なお、この位置判定は、後述のように容器１２内の全領域についてまとめて行っても良いが、この実施形態では、顕微鏡視野範囲Ｖ内の全被導入体Ｔへのインジェクション処理が終了した後、容器１２を容器位置調整手段１で近接した別の位置へ移動させ、その位置で被導入体Ｔの位置を画像処理よって認識し、インジェクション処理を行う動作を繰り返す。
【００６４】
各注入針１１が担当する顕微鏡視野Ｖ内での担当範囲Ｅは、担当範囲演算手段９によって、定められたように割り振る。この場合に、担当範囲演算手段９は、各注入針１１の搬送手段４の負荷が均等化されるように、換言すれば、各注入針１１の搬送手段３による動作量が均一化されるように担当範囲Ｅを決定し、各注入針１１で並行にインジェクション処理を行う。これにより、総処理時間が短縮される。
【００６５】
担当範囲Ｅの割り振りについては、例えば図３のように、各注入針１１が担当する面積がほぼ均等となるように、顕微鏡視野範囲Ｖの領域を複数の担当範囲Ｅに分割する。図４のように、各注入針１１が担当する被導入体Ｔの数がほぼ均等となるように、顕微鏡視野範囲Ｖの領域を複数の担当範囲Ｅに分割しても良い。図４では、分割線Ｌを顕微鏡視野範囲Ｖの中心を基準として僅かに回転させている。これは、担当範囲Ｅの面積が大きくなると搬送装置４の移動距離が長くなり処理時間に差が生じてしまうため、出来るだけ担当範囲Ｅの面積の差が無いようにするためである。ただし、図４の例は担当範囲の設定方法を限定するものではない。
【００６６】
また、図５のように各注入針１１の処理する領域（担当範囲Ｅ）における総移動距離がほぼ均一になるように、顕微鏡視野範囲Ｖ内を分割してもよい。図４と同様に、被導入体Ｔへの処理において、各注入針１１の搬送手段４の移動距離に差が生じると、処理時間に差が生じてしまうため、位置記憶部８ａの内容から、挿入順決定手段１０は各注入針１１につき、被導入体Ｔの処理順を決定し、その順番において総移動距離を計算し、総移動距離がほぼ均一になるように顕微鏡視野範囲Ｖ内を分割する。
【００６７】
また、担当範囲演算手段９は、図３〜５と共に前述した分割方法に限らず、各注入針１１の処理する領域（担当範囲Ｅ）における処理個数と総移動距離の積ができるだけ小さくなるように、顕微鏡視野範囲Ｖ内を分割してもよい。処理個数と移動距離の両者から処理時間は決定される。各注入針１１の処理時間の相対的な比較を簡易的に行うために、両者の積を用いている。
【００６８】
また、各注入針１１の処理する担当範囲Ｅにおける処理時間がほぼ均一になるように、顕微鏡視野範囲Ｖ内を分割してもよい。この場合、担当範囲演算手段９により、インジェクション処理における、注入針１１が被導入体Ｔ内にあって停止して導入物質の導入が完了するまで待つ時間と、注入針１１の移動距離から処理時間を計算し、処理時間がほぼ均一になるように各注入針１１の担当を決定する。
【００６９】
また、前記担当範囲演算手段９は、各注入針１１を並行して動作させたときに注入針１１同士の干渉が生じないことを優先条件とし、この優先条件下で前記顕微鏡視野範囲Ｖの領域を分割するものとしても良い。例えば、図７に示すように干渉部分Ｉが生じる場合、同図のように分割する。各注入針１１を並行して動作させたときに注入針同士の干渉が生じる場合は、並行動作させることができない。したがって、干渉が生じないことを優先条件し、この優先条件を充足する範囲で、他の条件、例えば担当する面積がほぼ均等、あるいは担当する被導入体の数がほぼ均等となるように顕微鏡視野範囲の領域を分割することが実際的である。その際、重複する領域を設けてもよいが、重複する領域ができるだけ小さくなるようにした方がよい。重複部分を設ける際、挿入順決定手段１０は、注入針１１同士が干渉しないように、被導入体Ｔへのインジェクションの順番を決定する。
【００７０】
つぎに、容器１２内の全領域へのインジェクション処理について説明する。顕微鏡視野範囲Ｖは、容器１２内の一部の領域であるため、容器１２を順次移動させ、容器１２内の全領域においてインジェクション処理を行う必要がある。前述の例では、一つの顕微鏡視野範囲Ｖ内のインジェクション処理が終了する毎に、容器１２を移動させて次の顕微鏡視野範囲Ｖ内の各被導入体Ｔの位置を判定し、インジェクション処理を行う動作を繰り返すようにしたが、次のようにまとめて被導入体位置の判定を行うようにしても良い。
【００７１】
例えば、容器１２内の全領域の処理を行うにあたって、容器内全範囲処理指令手段１００は、先ず、図７（Ａ）のように、最初に容器１２を顕微鏡視野範囲Ｖに応じて順次移動させ、容器１２内の全ての被導入体Ｔの位置を、位置判定手段８に判定させて位置記憶部８ａに記憶させる。位置記憶部８ａには、顕微鏡視野範囲Ｖと対応させて被導入体Ｔの位置を記憶させる。このように記憶させた情報を用い、担当範囲演算手段９による図３〜５等のような担当範囲Ｅの分割、挿入順決定手段１０によるインジェクション処理の順番を計算する。
【００７２】
ここで、一括で容器１２内の全ての被導入体Ｔの位置を判定するようにしたが、位置記憶部８ａの記憶容量や、担当範囲演算手段９等の処理速度に応じて、複数回先の被導入体Ｔの位置までを判定して記憶しておき、顕微鏡視野範囲Ｖのインジョクション処理中に、並行して複数回先の顕微鏡視野範囲Ｖの注入針１１の担当範囲Ｅの計算、インジェクション処理の順番の計算を行うようにしても良い。図７（Ｂ）では、容器１２内を４分割した例を示す。直線Ｍはその分割の境界線を示す。この様に、先行して移動先の被導入体Ｔの位置の情報を取得しておくことで、顕微鏡視野範囲Ｖのインジェクション処理中において移動先の計算を先行して行うことができ、処理時間の短縮が図れる。
【００７３】
また、容器１２を移動させる際には、今回の顕微鏡視野範囲Ｖと次回の顕微鏡視野範囲Ｖとに重複する部分Ｖａを設けても良く、これにより、顕微鏡視野範囲Ｖの境界付近の被導入体Ｔへの未処理が生じることを回避できる。ここで、重複する部分は、図８（Ａ）に斜線範囲で示すように一定の面積としても良く、また図８（Ｂ）のように顕微鏡視野範囲Ｖから基準とする被導入体Ｔを、定められた適宜の方法で決定しておき、その基準とした被導入体Ｔｏ の移動距離を管理しても良い。これによっても、上記の重複する部分の面積を一定とする場合と同等の効果が得られる。なお、基準とする被導入体Ｔｏ は、例えば、顕微鏡視野範囲Ｖにおいて、もっとも右上の端にある被導入体ＴをＴｏと定める。
【００７４】
上記のように、容器１２内の被導入体Ｔの位置の情報を取得しておき、インジェクション処理と同時に、並行して複数回先の顕微鏡視野範囲Ｖの計算を行うことで、総合的にインジェクション動作を短縮することが可能になった。
【００７５】
次に、このマイクロインジェクション装置における前記制御装置５を除く部分であるマイクロインジェクション装置本体の各具体例を、図１０〜図３０と共に説明する。図１０〜図１４は、マイクロインジェクション装置本体の第１の具体例を示す。
第１の具体例につき、全体の構成の詳細な説明に先立って、特徴となる構成および作用効果を説明する。この具体例では、搬送手段４のＸ軸方向とＹ軸方向の直交２軸方向の移動につき、移動体４１，４２と進退駆動手段（動力部）４５，４６とを分離し、進退駆動手段（動力部）４５，４６を固定部に設置することで移動体の質量を低減でき、搬送手段の高速駆動を可能としている。
従来では、 注入針の搬送手段において、注入針が、直行するＸ軸方向、Ｙ軸方向の２自由度を移動する場合、例えばＸ軸移動機構上にＹ軸移動機構を積み重ねるように配置していた。この場合Ｘ移動機構は注入針とＹ軸移動機構との両者を駆動するため高速移動が困難であった。この実施形態では、このような移動機構の積み重ねを回避し、軽量化による高速移動を実現している。
【００７６】
また、従来では、注入針の駆動には、ボールネジや超音波モータが使用されていたが、この例では、注入針１１の注入方向（Ｚ軸方向）の移動に、圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂ（図１３）を用いた小型アクチュエータを組み合わせることによって、注入針１１を駆動するマニピュレータである搬送装置４の小型化を図っている。圧電アクチュエータは、電気エネルギから機械エネルギに変換する変換効率が高く、印加する電圧を変えることにより、発生する変位を比較的簡単に可変することができ、制御性に優れた特徴がある。また、この例では、クランク・スライダ機構を用いているため、圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂの変位を拡大することができる。
搬送装置２は、被導入体Ｔに対して少なくとも２自由度の駆動機構を持つことにより、注入針先端の位置決めが搬送装置２の単体で可能となる。搬送装置４の小型化により、細胞等の被導入体Ｔの入った容器１２の周辺の限られたスペースに複数の搬送装置４配置することを可能とした。複数の搬送装置４は、同時に各注入針１１の先端の位置決めを行うことを可能としている。
【００７７】
また、位置決め制御は前記のように制御装置５（図１）で行うが、各注入針１１が担当する担当範囲Ｅを決定し、各注入針１１の搬送装置４の負荷を均等化させるようにしたため、より搬送装置４のより一層の小型化が可能になる。
【００７８】
これらのマイクロインジェクション装置本体における搬送装置４の小型化の工夫と、複数の搬送装置４を、負荷を均等化して用いる制御上の工夫との組合せにより、容器１２内の全ての被導入体Ｔにインジョクション処理を行うにつき、その処理時間の短縮を実現することができる。
すなわち、この実施形態によれば、マニピュレータである搬送手段４を小型化することが出来、細胞等の被導入体Ｔが入ったシャーレ等の容器１２の周辺に、複数の搬送手段４を配置することができる。また、複数の被導入体Ｔに対して注入針１１の先端の位置決めを同時に行うことが出来、一度に多数の被導入体Ｔへのインジェクション処理を実行することが出来て、ハイスループット化が可能となる。また、インジェクション処理を行うにあたって、各注入針１１の担当範囲Ｅやインジェクション順番の計算を先行して行っておくことで、計算による待ち時間を減らし、時間短縮が図れる。
【００７９】
マイクロインジェクション装置本体の各具体例の詳細な構成を説明する。図１０〜図１４は第１の具体例を示す。
図１において、容器位置調整手段１は、前述のように、被導入体を収容するシャーレ等の容器１２が載置状態に保持された容器載置台１３を水平な直交２軸方向に移動させて容器１２の位置を調整する手段であり、ＸＹステージ装置６により構成される。
【００８０】
ＸＹステージ装置６は、例えば図１４に平面図で示すように、基台１８１にガイド１８２を介してＹ軸方向に移動自在に設置された下側可動台１８３と、この下側可動台１８３上のガイド１８４を介してＸ軸方向に移動自在に設置された上側可動台１８５と、上記下側可動台１８３および上側可動台１８５を可動方向に進退させる各軸の可動台駆動機構１８６，１８７とで構成される。可動台駆動機構１８６，１８７は、超音波モータやリニアモータであっても、モータとボールねじ等の回転・直線運動変換機構とでなるものであっても良い。上側可動台１８５に、図１の上記容器載置台１３が設置され、または上側可動台１８５自体が、上記容器載置台１３となる。
【００８１】
図１において搬送手段４は３自由度を有する。そのうちの１自由度を担う移動機構は、容器載置台１３に対して水平方向の直交する２方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向）のうち一方向（Ｘ軸方向）に、第１の移動体４１共に注入針１１を移動させるＸ軸移動機構１４である。他の１つの自由度を担う移動機構は、水平方向の直交する２方向のうちの他の一方向（Ｙ軸方向）に、第２の移動体４２と共に注入針１１を移動させるＹ軸移動機構１５である。さらに他の１つの自由度を担う移動機構は、容器１２の内部に向けて傾斜する方向となる注入針中心軸方向に注入針１１を移動させるＺ軸移動機構１６である。
【００８２】
図１１に示すように、Ｘ軸移動機構１４を構成する第１の移動体４１は、搬送装置４の基台４０に第１のガイド４３を介して直線方向（Ｘ軸方向）に進退自在移動可能に設置されている。Ｙ軸移動機構１５を構成する第２の移動体４２は、第１の移動体４１の上に第２のガイド４４を介して前記直線方向（Ｘ軸方向）と直交する直線方向（Ｙ軸方向）に進退自在に設置されている。第１の移動体４１および第２の移動体４２は、それぞれ矩形の板状とされている。図１のように、第２の移動体４２の上に、Ｚ軸移動機構１６が搭載されている。Ｚ軸移動機構１６は、注入針１１の注入角度が下向きに傾斜した所定角度となるように設置される。また、基台４０は、搬送手段退避機構３９により進退させられる。
【００８３】
図１１において、第１の移動体４１および第２の移動体４２をそれぞれ進退させる第１の進退駆動手段４５および第２の進退駆動手段４６は、前記基台４０に設置されている。第１の進退駆動手段４５の出力部材４５ａは、第１の移動体４１に対してこの第１の移動体４１が進退移動可能な方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）に対して移動が自在に接触している。第２の進退駆動手段４６の出力部材４６ａは、第２の移動体４２に対してこの第２の移動体４２が進退移動可能な方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）に対して移動が自在に接触している。
【００８４】
第１のガイド４３は、基台４０上に設置されたレール４３ａと、第１の移動体４１の下面に設けられて前記レール４３ａに沿って進退自在な直動転がり軸受等の被案内体４３ｂとでなり、２個が互いに平行に設けられている。第２のガイド４４は、第１の移動体４１の上に設置されたレール４４ａと、第２の軌道体４２の下面に設けられて前記レール４４ａに沿って進退自在な直動転がり軸受等の被案内体４４ｂとでなり、２個が互いに平行に設けられている。第１，第２のガイド４３，４４のレール４３ａは、長さ方向に沿って案内溝（図示せず）が設けられており、直動転がり軸受からなる被案内体４３ｂ，４４ｂは、前記案内溝に脱落不能に嵌まり込んだ転動体（図示せず）を有する。
【００８５】
第１の進退駆動手段４５は、出力部材４５ａを駆動手段本体４５ｂで直線方向に進退させる手段である。駆動手段本体４５ｂは、出力部材４５ａを進退させることができるものであれば良く、例えば、図１３に示す圧電素子の積層体、超音波モータ、またはモータとボールねじ等送りねじ機構の組み合わせ等とされるが、この実施形態では図１３の圧電素子の積層体の構成が用いられる。図１３の構成については後に説明する。第２の進退駆動手段４６は、出力部材４６ａを駆動手段本体４６ｂで直線方向に進退させる手段であり、第１の進退駆動手段４５と同様な構成とされる。
【００８６】
進退駆動手段４５，４６の出力部材４５ａ，４５ｂは、移動部体４１，４２に単に接して移動力を与えるようにしているが、図１２に示すように反対側から弾性体１２１，１２２によって押し付ける構造とすることで、正逆両方向に自在に駆動可能となる。具体的には、第１の進退駆動手段４５の設置側とは反対側で、基台４０に設けられた弾性体支持部４０ａと第１の移動体４１との間に弾性体１２１を配置し、この弾性体１２１によって、第１の移動体４１を第１の進退駆動手段４５の出力部材４５ａに押し付けている。第２の移動体４２に対しても、第２の進退駆動手段４６の設置側とは反対側で、第１の移動体４１に設けられた弾性体支持部４１ａと第２の移動体４２との間に弾性体１２２を配置し、この弾性体１２２によって、第２の移動体４２を第２の進退駆動手段４６の出力部材４６ａに押し付けている。前記弾性体１２１，１２２は、例えばコイルばねとする。弾性体１２１，１２２は、ばね定数１Ｎ/ ｍｍ以下のばねを用いることが良い。
【００８７】
ここで移動体４１，４２と進退駆動手段４５，４６の出力部材４５ａ，４５ｂの接触位置では移動方向と直角をなす面のどの方向にも移動自在となるように摩擦係数を低下させる施策を講じることが望ましい。その施策として、この例では、第１の進退駆動手段４５の出力部材４５ａにおける、第１の移動体４１と接する先端部は、図１５に示すように半球状とされている。図示は省略するが、第２の進退駆動手段４６の出力部材４６についても、第１の進退駆動手段４５と同様に、出力部材４６ａの先端部が球面状とされている。なお、出力部材４５ａ，４６ａの先端部を球面状とする代わりに、これら出力部材４５ａ，４６ａの先端部が接する第１の移動体４１または第２の移動体４２の側面を、互いの摺動方向に延びる半円柱状とし、出力部材４５ａ，４６ａの先端部は平坦面としても良い。
【００８８】
また、図１５に示すように、進退駆動手段４５，４６の出力部材４５ａ，４６ａと移動体４１，４２との接触部のいずれか一方または両方に、低摩擦化用のコーティング１０１を施しても良い。図示の例では、出力部材４５ａ，４６ａにコーティング１０１を施している。このコーティング１０１としては、ダイヤモンドライクカーボン、二硫化モリブデン、フッ素樹脂、およびグラファイトのいずれかとすることが好ましい。
【００８９】
図１５の例のように前記半球状または半円柱状とする代わりに、図１６に示すように、進退駆動手段４５，１６の出力部材４５ａ，４６ａと、移動体４１，４２とが、ボールまたはローラ等の転動体４９を介して接触するようにしても良い。図１６の例では、転動体４９はボールであり、出力部材４５ａ，４６ａの先端に設けられた保持部材４５ａａ，４６ａａ内に、一部が突出するように回転自在に収容されている。
【００９０】
図１のＺ軸移動機構１６の具体的構成例については、後に図２１等と共に説明する。
【００９１】
この構成のマイクロインジェクション装置によると、被導入体６６を収容した容器１２の位置を容器位置調整手段１で調整し、位置調整された容器１２の内部の平面視画像を撮像手段２で撮像し、その画像から細胞位置を位置判定手段３で判定することで各注入針１１の担当する細胞等の被導入体を決定する。このとき、拡大用のレンズにより前記容器１２を局部的に拡大し、細胞等の被導入体の位置を画像処理することで、被導入体６６の位置を精度良く認識できる。また、例えば、認識した細胞等の被導入体６６の画像内での位置関係から、各注入針１１で担当する被導入体６６を決定することができる。このように各注入針１１の担当する被導入体６６を決定した後、各注入針１１を個別の複数の搬送手段４で移動させて各被導入体６６に注入針１１をそれぞれ挿入することにより、各被導入体１１に導入物質を導入する。
【００９２】
搬送手段４は、被導入体６６に対して少なくとも２自由度の駆動機構を持つため、注入針１１の先端の位置決めが搬送手段４の単体で可能である。各々の搬送手段４が並行して動作しインジェクション動作を繰り返す。画像内の細胞への処理が終了した後、容器位置調整手段１により容器１２を移動させ、近接した別の位置での細胞配置を画像処理によって認識し、前述のようにインジェクション動作を繰り返す。
【００９３】
このように、細胞等の複数の被導入体６６への導入物質の導入を同時に行うことができ、インジェクション処理の効率向上が可能となる。また、少なくとも２種類以上の種類の異なる注入物質を注入針毎に充填しておき、同じ被導入体６６に順次導入することにより、被導入体６６に複数種の導入物質のあらかた同時導入が可能となる。よって、注入針１１の注入物質の入れ替えなく複数種の導入物質の導入ができ、インジェクション処理の効率向上が可能となる。
【００９４】
特に、前記搬送手段４は、移動体４１，４２と進退駆動手段４５，４６を分離し、Ｘ軸，Ｙ軸方向移動の各自由度に対する進退駆動手段４５，４６をいずれも搬送手段４の基台４０に設置したため、搬送手段４を小型化でき、また移動体４１，４２の質量を低減できて搬送手段４の高速駆動が可能となる。各自由度に対する進退駆動手段４５，４６をいずれも基台４０に設置したが、基台４０に対して第１の移動体４１を介して設置される第２の移動体４２に対しては、第２の進退駆動手段４６の出力部材４６ａが、その進退移動可能な方向と直交する方向に対して移動が自在に接触するため、第１の移動体４１の移動した位置に係わらず、第２の進退駆動手段４６の進退駆動を第２の移動体４２に伝達することができる。
また、搬送手段４を小型化できるため、細胞等の被導入体が入ったシャーレ等の容器１２の周辺に、図２等に示すように、複数の搬送手段４を配置することができる。そのため被導入体６６に対して注入針１１の先端の位置決めを同時に行うことが出来、一度に多数の被導入体６６へのインジェクション処理を実行することが出来、ハイスループット化が可能となる。
【００９５】
また、搬送手段４の各移動体４１，４２の進退駆動手段４５，４６につき、圧電素子の積層体とした場合は、次の効果が得られる。すなわち、従来は注入針の駆動には、ボールネジや超音波モータが使用されていたが、この実施形態では、圧電素子を用いた小型アクチュエータを組み合わせることによって注入針１１を駆動する搬送手段４の小型化を図っている。圧電アクチュエータは、電気エネルギから機械エネルギに変換する変換効率が高く、印加する電圧を変えることにより、発生する変位を比較的簡単に可変することができ、制御性に優れた特徴がある。
【００９６】
上記実施形態では、進退駆動手段４５，４６の出力部材４５ａ，４６ａと移動体４１，４２の接触を維持する構成として、弾性体１２１，１２２を設けたが、図１７に示すように永久磁石１１１〜１１４を設けても良い。すなわち、基台４０と第１の移動体４１とに、互いに向き合う磁極の向きが同じになるように第１，第２の永久磁石１１１，１１２を配置し、磁気反発力により第１の移動体４１を第１の進退駆動手段４５の出力部材４５ａに押し付けてもよい。また、第１の移動体４１と第２の移動体４２とに、互いに向き合う磁極の向きが同じになるように第２，第４の永久磁石１１３，１１４を配置し、磁気反発力により第２の移動体４２を第２の進退駆動手段４６の出力部材４６ａに押し付けてもよい。
【００９７】
図１８の例では、図１７の例とは逆に、磁気吸引力が作用するように永久磁石１１１Ａ〜１１４Ａを設けている。すなわち、基台４０と第１の移動体４１とに、互いに向き合う磁極の向きが逆となるように第１，第２の永久磁石１１１Ａ，１１２Ａを配置し、磁気吸引力により第１の移動体４１を第１の進退駆動手段４５の出力部材４５ａに押し付けてもよい。また、第１の移動体４１と第２の移動体４２とに、互いに向き合う磁極の向きが逆になるように第２，第４の永久磁石１１３Ａ，１１４Ａを配置し、磁気吸引力により第２の移動体４２を第２の進退駆動手段４６の出力部材４６ａに押し付けてもよい。
【００９８】
図１９の例は、第２の進退駆動手段４６の出力部材４６ａを第２の移動体４２に対して単に接触させる代わりに、第２の進退駆動手段４６の出力部材４６ａを第２の移動体４２に対して、第１の移動体４１の移動方向（Ｘ軸方向）に対し移動自在になるように第３のガイド１１５を介して連結している。第３のガイド１１５は、第２の移動体４１に設けられたガイドレール１１５ａと、このガイドレール１１５ａに設けられた案内溝（図示せず）に対して転動体（図示せず）が嵌まり込んで脱落不能となった直動転がり軸受等の被案内体１１５ｂとからなる。その他の構成は、図１２に示した例と同様である。このように第３のガイド１１５によって連結した場合、高速駆動時においても出力部材４６ａと移動体４１が常に連結された状態を維持することができ、動作が安定する。出力部材４６ａと対向して設けられた第２の弾性体１２２は、第３のガイド１１５に対して予圧を与え、より一層の動作の安定を確保する。
【００９９】
図２０に示すように、さらに第４のガイド１１６を設けても良い。すなわち、第２の進退駆動手段４６の出力部材４６ａと第３のガイド１１５とを、第１の移動体４１の移動方向（Ｘ軸方向）に対し移動自在になるように、第４のガイド１１６を介して連結する。第４のガイド１１６は、第３のガイド１１５と同様に、案内溝（図示せず）付きのガイドレール１１６ａと、このガイドレール１１６ａの案内溝に対して転動体（図示せず）が嵌まり込んで脱落不能となった直動転がり軸受等の被案内体１１６ｂとからなる。ガイドレール１１６ａは第３のガイド１１５の被案内体１１５ｂに取付けられ、被案内体１１６ｂが出力部材４６ａに取付けられる。このように第３のガイド１１５と第４のガイド１１６とを２段に設けた場合は、高速駆動時等における動作がより一層安定する。
なお、この例では、第１の移動体４１と第１の駆動手段４５の出力部材４５ａとの間にも、第１の移動体４１の移動方向に対し直交方向に移動自在な第５および第６のガイド１１７，１１８が設けられている。これら第５および第６のガイド１１７，１１８は、第３，第４のガイド１１５，１１６と同様にガイドレールと被案内体とからなる。
【０１００】
図２１は、Ｚ軸移動機構１６の一構成例を示す。このＺ軸移動機構１６は、中空箱形の固定台１７と、この固定台１７の一端部において固定台１７内から上方に突出するように設けられ注入針１１を着脱自在に支持する針支持部材１８と、前記固定台１７内に配置され駆動源となる圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂ１，１９Ｂ２とを備える。針支持部材１８は、注入針１１を着脱自在に支持する構成とされ、注入針１１の損傷や導入物質の交換等のために、注入針１１を簡単に交換することができる。針支持部材１８は、立片部１８ａおよび横片部１８ｂを有する概形Ｔ字状で、その横片部１８ｂが案内機構２１を介して固定台１７の上に注入針１１の突出方向に移動自在に支持され、立片部１８ａが固定台１７の一端部内向き面に板ばね等からなるばね部材２０Ａを介して支持されている。
【０１０１】
各圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂ１，１９Ｂ２は、複数の圧電素子１９ａを、それらの変位方向に積層して棒状体とした積層型圧電素子である。これら圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂ１，１９Ｂ２のうち、２つの圧電素子積層体１９Ｂ１，１９Ｂ２は、互いに直線上に配置されると共に締結部材４７で直列に接続された連結体からなる１組の圧電素子積層体１９Ｂとされる。この圧電素子積層体１９Ｂと残る１組の圧電素子積層体１９Ａとは、前記積層方向に沿って互いに平行となるように上下に並列に配置され、これら２組の圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂが締結部材４８を介して直列に接続される。締結部材４８は、上下の両圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂの間にこれら両圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂと平行に配置される長手方向部４８ａと、この長手方向部４８ａの両端において、上下方向に互いに逆方向となるように突出する各突部４８ｂ，４８ｃと有する概形Ｚ字状である。１組の圧電素子積層体１９Ａは、その一端が、前記締結部材４８における固定台１７の一端部側の突部４８ｂに連結され、他端が固定台１７の他端部に支持されている。締結部材４８の突部４８ｂと固定台１７の一端部との間には、圧電素子積層体１９Ａに予圧を与える板ばね等のばね部材２０Ｂが介在している。圧電素子積層体１９Ｂの一端部、つまり圧電素子積層体１９Ｂを構成する１つの圧電素子積層体１９Ｂ１における締結部材４７による連結部とは反対側の端部は、前記針支持部材１８の立片部１８ａに連結されている。また、圧電素子積層体１９Ｂの他端部、つまり圧電素子積層体１９Ｂを構成する他の１つの圧電素子積層体１９Ｂ２における締結部材４７による連結部とは反対側の端部は、固定台１７の他端部側に向く、前記締結部材４８の突部４８ｃに連結されている。圧電素子積層体１９Ｂには、針支持部材１８の立片部１８ａと固定台１７の他端部との間に介装される板ばね等のばね部材２０Ａによって予圧が与えられる。これにより、２組の圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂの積層方向への変位で、針支持部材１８が注入針１１の突出方向に進退可能である。
【０１０２】
前記圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂのうち、圧電素子積層体１９Ａと、圧電素子積層体１９Ｂにおける１つの圧電素子積層体１９Ｂ２とは、針支持部材１８の位置決め、つまり注入針１１の位置決めのための駆動源として使用される。すなわち、これらの圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂ２は、Ｚ軸（挿入方向）位置制御部５１から印加される電圧である位置決め信号によって変位する。
圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂのうち、圧電素子積層体１９Ｂにおける針支持部材１８に直接連結される圧電素子積層体１９Ｂ１は、針支持部材１８を注入針１１の挿入方向に振動させるための駆動源として使用される。振動付与用の圧電素子積層体１９Ｂ１は、振動駆動手段５４から印加される電圧である振動駆動信号によって、その変位が繰り返し変化する。
【０１０３】
Ｚ軸位置制御部５１は、位置指令部５２から位置指令が電圧発生器５３に与えられ、その位置指令に基づいて、電圧発生器５３から圧電素子積層体１９Ａ，１９Ｂ２に対応する電圧を印加する。Ｚ軸位置制御部５１は、図１の注入針移動制御手段８８におけるＺ軸の注入針個別制御部８８ａに設けられる。また、その位置指令部５２は、図１の位置判定手段３によって得られた位置情報に基づいて、担当被導入体決定部８７で定められる目標位置を前記位置指令とする。位置指令部５２は、担当被導入体決定部８７の一部として設けられたものであっても良い。
振動駆動手段５４は、電圧発生器５６から前記振動駆動信号として所定周波数の交番電圧を前記圧電素子積層体１９Ｂ１に印加する。その交番電圧の周波数つまり針支持部材１８に付与する振動の周波数は、周波数可変手段５５から電圧発生器５６への指令により切り換え可能とされている。
【０１０４】
図２１のＺ軸移動機構１６は、図１１のＸ軸移動機構１４およびＹ軸移動機構１５における第１の進退駆動手段４５および第２の進退駆動手段４６として使用することができる。その場合、針支持部材１８の代わりに、図１３のように出力部材４５ａを設ける。図１３は、図１１の例の第１の進退駆動手段４５の具体例を示す。第２の進退駆動手段４６についても、図１３に示す例を用いることができる。
【０１０５】
次に、図１１の例の第１の進退駆動手段４５および第２の進退駆動手段４６として使用可能な圧電素子利用の各構成例を、図２２〜図３０と共に説明する。
【０１０６】
図２２において、進退駆動手段４５は、固定台２５と、可動片２６と、駆動源となる２組の圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄとを備える。固定台２５は、Ｘ軸方向に延びる主枠部２５ａと、この主枠部２５ａの両端から幅方向（Ｙ軸方向）に延びる一対の側枠部２５ｂ，２５ｄと、側枠部２５ｂの先端から主枠部２５ａと平行にＸ軸方向に延びる水平断面がＬ字状の副枠部２５ｃとを有する中空箱形とされている。可動片２６は、固定台２５の一端の側枠部２５ｂの先端から他端の側枠部２５ｄ側に向けて延び、水平断面がＬ字状の可動片２６とされている。可動片２６は、圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄの変位を拡大する拡大機構となるものであって、固定台２５と共に、金属や合成樹脂等の弾性材で形成されている。可動片２６は、固定台２５の一端の側枠部２５ｂから主枠部２５ａと略平行に延びる主枠平行片部２６ａと、この主枠平行片部２６ａの他端から固定台２５の他端の側枠部２５ｄの内側に側枠部２５ｄと平行に延びる側枠平行片部２６ｂとでなる。固定台２５の側枠部２５ｂと可動片２６の主枠平行片部２６ａとの接続部、および可動片２６の主枠平行片部２６ａと側枠平行片部２６ｂとの接続部は薄肉部２６ｃとされている。また、可動片２６の主枠平行片部２６ａの長手方向中間部も薄肉部２６ｄとされている。これにより、可動片２６の側枠平行片部２６ｂは、その基端の薄肉部２６ｃを揺動中心として屈曲するように揺動可能とされる。また、可動片２６の主枠平行片部２６ａは、その長手方向中間部の薄肉部２６ｄで折れ曲がっていて、その折れ曲がり角度の増減により、長手方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に、中間部が進退可能とされる。
【０１０７】
２組の圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄは、共に積層型圧電素子であって、積層方向に沿って前記固定台２５の主枠部２５ａと平行となるように前後に並列に配置される。これら２組の圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄは、締結部材５８を介して直列に接続される。締結部材５８は、前後の両圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄの間にこれら両圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄと平行に配置される長手方向部５８ａと、この長手方向部５８ａの両端において、前後方向に互いに逆方向となるように突出する各突部５８ｂ，５８ｃとを有する概形Ｚ字状である。１組の圧電素子積層体１９Ｃは、その一端が固定台２５の側枠部２５ｂに支持され、他端が固定台側枠部２５ｄ側に向く前記締結部材５８の突部５８ｂに連結されている。また、他の１組の圧電素子積層体１９Ｄは、その一端が固定台側枠部２５ｂ側に向く前記締結部材５８の突部５８ｃに連結され、他端が可動片２６の側枠平行片部２６ｂに連結されている。固定台２５の副枠部２５ｃの先端の幅方向に延びる側部２５ｃａと前記締結部材５８の突部５８ｂとの間には、圧電素子積層体１９Ｃに予圧を与える板ばね等のばね部材２７Ａが介在する。固定台２５の側枠部２５ｄと可動片２６の側枠平行片部２６ｂとの間には、圧電素子積層体１９Ｄに予圧を与える板ばね等のばね部材２７Ｂが介在する。また、固定台２５の副枠部２５ｃの先端の幅方向に延びる側部２５ｃａと可動片２６の側枠平行片部２６ｂとの間には、可動片２６の側枠平行片部２６ｂに予圧を与える板ばね等のばね部材２７Ｃが介在する。これにより、２組の圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄの積層方向への伸縮による変位で、可動片２６の側枠平行片部２６ｂが揺動し、その揺動変位が拡大されて主枠平行片部２６ａのＹ軸方向への変位となる。この変位はＺ軸移動機構１６を支持する上側可動支持体２２（図１１）に伝達され、これにより注入針１１がＹ軸方向に移動可能である。
【０１０８】
同図の構成を第２の進退駆動手段４６に適用した場合、２組の圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄは、Ｙ軸位置制御部５９から印加される電圧である位置決め信号によって変位する。Ｙ軸位置制御部５９は、位置指令部６０から位置指令が電圧発生器６１に与えられ、その位置指令に基づいて、電圧発生器６１から前記圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄに対応する電圧を印加する。Ｙ軸位置制御部５９は、図１の注入針移動制御手段８８におけるＹ軸の注入針個別制御部８８ａに設けられる。また、その位置指令部６０は、図１の位置判定手段３によって得られた位置情報に基づいて、担当被導入体決定部８７で定められる目標位置を前記位置指令とする。位置指令部６０は、担当被導入体決定部８７の一部として設けられたものであっても良い。
【０１０９】
第２の進退駆動手段４６に適用する場合も、固定台２５と可動片２６との相対変位を測定するための図示しないセンサが内蔵される。このセンサとしては、前記圧電素子積層体１９Ｃ，１９Ｄに予圧を与える板ばね２７Ａ，２７Ｂの歪みを検出する歪みセンサや、固定台２５と可動片２６とのギャップを測定する静電容量センサ、磁気センサ、光学式センサなどを用いることができる。
【０１１０】
図２３は、第１の進退駆動手段４５および第２の進退駆動手段４６として使用可能な他の構成例を示す。第１の進退駆動手段４５に適用した場合につき説明すると、この進退駆動手段４５は、固定台３５と、可動片３６と、駆動源となる２組の圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆとを備える。固定台３５は、Ｘ軸方向に延びる主枠部３５ａと、この主枠部３５ａの両端から幅方向（Ｙ軸方向）に延びる一対の側枠部３５ｂ，３５ｄと、側枠部３５ｂの先端から前記主枠部３５ａと平行にＸ軸方向に延びる水平断面がＬ字状の副枠部３５ｃとを有する中空箱形とされている。可動片３６は、固定台３５の一端の側枠部３５ｂの先端から他端の側枠部３５ｄ側に向けて延び、水平断面がＬ字状とされている。可動片３６は、圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆの変位を拡大する第１の拡大機構となるものであって、固定台３５と一体に金属や合成樹脂等の弾性材で形成されている。可動片３６は、固定台３５の一端の側枠部３５ｂから主枠部３５ａと略平行に延びる主枠平行片部３６ａと、この主枠平行片部３６ａの他端から固定台３５の他端の側枠部３５ｄの内側に側枠部３５ｄと平行に延びる側枠平行片部３６ｂとでなる。固定台３５の側枠部３５ｂと可動片３６の主枠平行片部３６ａとの接続部、および可動片３６の主枠平行片部３６ａと側枠平行片部３６ｂとの接続部は薄肉部３６ｃとされている。また、可動片３６の主枠平行片部３６ａの長手方向中間部も薄肉部３６ｄとされている。これにより、可動片３６の側枠平行片部３６ｂは、その基端の薄肉部３６ｃを揺動中心として揺動可能とされる。また、可動片３６の主枠平行片部３６ａは、その長手方向中間部の薄肉部３６ｄで折れ曲がって長手方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に揺動可能とされる。ここまでの構成は、図２２の例の場合と同様である。
【０１１１】
また、可動片３６の主枠平行片部３６ａの長手方向中間部の薄肉部３６ｄよりも側枠平行片部３６ｂ寄りの半部となる部分には、固定台３５の側枠部３５ｄ側に延びて側枠部３５ｄの基端近傍に連結される水平断面が逆Ｌ字状の可動枠部３７が一体形成されている。この可動枠部３７は圧電素子積層体１９Ｅ，１９ＦＣの変位を拡大する第２の拡大機構となるものであって、可動片３６の主枠平行片部３６ａと略平行な厚肉枠部３７ａと、この厚肉枠部３７ａから固定台３５の側枠部３５ｄの外側を側枠部３５ｄと平行に延びる薄肉枠部３７ｂとでなる。可動枠部３７の厚肉枠部３７ａと薄肉枠部３７ｂとの接続部、および薄肉枠部３７ｂと固定台３５の側枠部３５ｂの基端近傍との接続部は、薄肉枠部３７ｂよりもさらに薄い薄肉部３７ｃとされている。また薄肉枠部３７ｂの長手方向中間部も、さらに薄い薄肉部３７ｄとされている。これにより、可動枠部３７の薄肉枠部３７ｂは、その長手方向中間部の薄肉部３７ｄで折れ曲がって、中間部が長手方向と直交する方向（Ｘ軸方向）に進退可能とされている。
【０１１２】
図２２の例と同様に、２組の圧電素子積層体１９Ｅ、１９Ｆは共に積層型圧電素子であって、積層方向に沿って前記固定台３５の主枠部３５ａと平行となるように前後に並列に配置される。これら２組の圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆは、締結部材６２を介して直列に接続される。締結部材６２は、前後の両圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆの間にこれら両圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆと平行に配置される長手方向部６２ａと、この長手方向部６２ａの両端において、前後方向に互いに逆方向となるように突出する各突部６２ｂ，６２ｃとを有する概形Ｚ字状である。１組の圧電素子積層体１９Ｅは、その一端が固定台３５の側枠部３５ｂに支持され、他端が固定台側枠部３５ｄ側に向く前記締結部材６２の突部６２ｂに連結されている。また、他の１組の圧電素子積層体１９Ｆは、その一端が固定台側枠部３５ｂ側に向く前記締結部材６２の突部６２ｃに連結され、他端が可動片３６の側枠平行片部３６ｂに連結されている。固定台３５の副枠部３５ｃの先端の幅方向に延びる側部３５ｃａと前記締結部材６２の突部６２ｂとの間には、圧電素子積層体１９Ｅに予圧を与える板ばね等のばね部材３８Ａが介在する。固定台３５の側枠部３５ｄと可動片３６の側枠平行片部３６ｂとの間には、圧電素子積層体１９Ｆに予圧を与える板ばね等のばね部材３８Ｂが介在する。また、固定台３５の副枠部３５ｃの先端の幅方向に延びる側部３５ｃａと可動片３６の側枠平行片部３６ｂとの間には、可動片３６の側枠平行片部３６ｂに予圧を与える板ばね等のばね部材３８Ｃが介在する。これにより、２組の圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆの積層方向への伸縮による変位で、可動片３６の側枠平行片部３６ｂが揺動し、その揺動変位が拡大されて主枠平行片部３６ａのＹ軸方向への変位となる。この変位はさらに拡大されて可動枠部３７における薄枠肉部３７ｂのＸ軸方向への変位となる。この薄枠肉部３７ｂが、図１１の例における出力部材４５ａとなる。
【０１１３】
２組の圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆは、Ｘ軸位置制御部６３から印加される電圧である位置決め信号によって変位する。Ｘ軸位置制御部６３は、位置指令部６４から位置指令が電圧発生器６５に与えられ、その位置指令に基づいて、電圧発生器６５から前記圧電素子積層体１９Ｅ，１９Ｆに対応する電圧が印加される。Ｘ軸位置制御部６３は、図１の注入針移動制御手段８８におけるＸ軸の注入針個別制御部８８ａに設けられる。また、その位置指令部６４は、図１の位置判定手段３によって得られた位置情報に基づいて、担当被導入体決定部８７で定められる目標位置を前記位置指令とする。位置指令部６４は、担当被導入体決定部８７の一部として設けられたものであっても良い。
【０１１４】
図２４は、第１の進退駆動手段４５および第２の進退駆動手段４６として使用可能な他の構成例を示す。ここでは、第２の進退駆動手段４６に適用した場合につき説明する。この構成例でも、図２２の構成例と同様に、固定台７３と、駆動源となる２組の圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈとを備える。固定台７３は、Ｘ軸方向に延びる主枠部７３ａと、この主枠部７３ａの両端から幅方向（Ｙ軸方向）に延びる一対の側枠部７３ｂ，７３ｃとでなる。固定台７３の一端の側枠部７３ｂには、他端の側枠部７３ｃに対向する伸縮方向移動体７４がばね部材２７Ｄを介してＸ軸方向に移動自在に支持されている。
【０１１５】
２組の圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈは、共に積層型圧電素子であって、積層方向に沿って前記固定台７３の主枠部７３ａと平行となるように前後に並列に配置される。これら２組の圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈは、締結部材７８を介して直列に接続される。締結部材７８は、前後の両圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの間にこれら両圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈと平行に配置される長手方向部７８ａと、この長手方向部７８ａの両端において、前後方向に互いに逆方向となるように突出する各突部７８ｂ，７８ｃとを有する概形Ｚ字状である。１組の圧電素子積層体１９Ｇは、その一端が固定台７３の側枠部７３ｃに支持され、他端が前記伸縮方向移動体７４側に向く締結部材７８の突部７８ｂに連結されている。また、他の１組の圧電素子積層体１９Ｈは、その一端が固定台側枠部７３ｃ側に向く前記締結部材７８の突部７８ｃに連結され、他端が伸縮方向移動体７４に連結されている。前記ばね部材２７Ｄは、圧電素子積層体１９Ｈに予圧を与える。これにより、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮変位に応じて伸縮方向移動体７４がＸ軸方向に変位可能である。
【０１１６】
この構成例では、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮をその伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）の変位に拡大する拡大機構としてリンク機構７５を設けている。このリンク機構７５は、１つの固定ジョイント７６で固定台側枠部７３ｃに連結され、１つの可動ジョイント７７Ａで前記伸縮方向移動体７４に連結される。
【０１１７】
図２５には、前記リンク機構７５の各種構成例を示す。図２５（Ａ）の構成例では、１つの固定ジョイント７６と、２つの可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂと、３つのリンク８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃとでリンク機構７５が構成される。
各固定ジョイント７６および可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮方向（Ｘ軸方向）およびその伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）のいずれに対しても垂直である。これについては、図２５（Ｂ），（Ｃ）の各ジョイント７６，７７Ａ，７７Ｂ，７７Ｃについても同様である。
第１および第２のリンク８１Ａ，８１Ｂは、それぞれ一端が前記固定ジョイント７６および第１の可動ジョイント７７Ａに連結されて他端が第２の可動ジョイント７７Ｂで互いに連結される。第３のリンク８１Ｃは、一端が第２の可動ジョイント７７Ｂに連結され、他端が、前記直交する方向（Ｙ軸方向）にのみ移動自在に、リニアガイド，直動軸受等の案内機構（図示せず）により拘束された可動部８２となる。固定ジョイント７６は、前記圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの固定側の端部が固定された固定台７３の側枠部７３ｃに対して位置固定とする。可動部８２を案内する前記案内機構は、この固定台７３に設けられている。第１の可動ジョイント７７Ａは、前記圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮側の端部と一体に移動可能な伸縮方向移動体７４に設けられ、この伸縮方向移動体７４と共に移動可能とする。前記第３のリンク８１Ｃの可動部８２が、このリンク機構７５の変位拡大出力部となる。
【０１１８】
この構成によると、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮により第１の可動ジョイント７７ＡがＸ軸方向に変位し、この変位を拡大して第２の可動ジョイント７７ＢがＹ軸方向に変位する。これに伴い第３のリンク８１Ｃが回動角度を変えることで、その他端の可動部８２が、前記リニアガイドなどの案内機構に案内されてＹ軸方向に変位する。
この場合に、固定ジョイント７６や可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂに、転がり軸受を用いることで摩擦抵抗を低減し、その転がり軸受に適正予圧を与えることでガタツキを抑制して、精密な位置決めを実現できる。また、弾性変形部がないので設計が容易である。
【０１１９】
図２５（Ｂ）の構成例では、１つの固定ジョイント７６と、３つの可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂ，７７Ｃと、３つのリンク８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃとでリンク機構７５が構成される。この例は、図２５（Ａ）の構成例において、第３のリンク８１Ｃの基端を連結する可動ジョイントを、第２の可動ジョイント７７Ｂとは別位置である第３の可動ジョイント７７Ｃとしたものである。
すなわち、固定ジョイント７６に基端が連結された第１のリンク８１Ａの他端を、第１の可動ジョイント７７Ａに基端が連結された第２のリンク８１Ｂの中間に第２の可動ジョイント７７Ｂを介して連結する。第２のリンク８１Ｂの先端に、第３の可動ジョイント７７Ｃを介して第３のリンク８１Ｃを連結する。第３のリンク８１の先端を、伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）にのみ移動自在に、前記と同様な案内機構（図示せず）により拘束された可動部８２とする。固定ジョイント７６および第１の可動ジョイント７７Ａは、図２５（Ａ）の例と同様に、固定台７３および伸縮方向移動体７４にそれぞれ設けられる。図２５（Ｂ）の例では、第３のリンク８１Ｃの先端の可動部８２が、リンク機構７５の変位拡大出力部となる。
なお、第２の可動ジョイント７７Ｂは、例えば、同図に断面を拡大して示すように、第１または第２のリンク８１Ａ，８１Ｂのいずれか一方に固定された連結ピン１２１に、軸受１２２を介して第１または第２のリンク８１Ａ，８１Ｂの他方に連結された構成とされる。軸受１２２は、いずれかのリンク８１Ａ，８１Ｂに設けられた孔に嵌合して取付けられる。軸受１２２は、玉軸受等の転がり軸受および滑り軸受のいずれでも良いが、例えば予圧可能な転がり軸受とされる。
【０１２０】
この構成によると、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮により可動ジョイント７７ＡがＸ軸方向に変位し、この変位を拡大して別の可動ジョイント７７ＣがＹ軸方向に変位し、これに伴い第３のリンク８１Ｃが回動角度を変えることで、その先端の可動部８２が、前記案内機構に案内されてＹ軸方向に変位する。
図２５（Ａ），（Ｂ）の構成例は、いずれも、各リンク８１Ｃ，８１Ｂ，８１Ｃの寸法誤差や熱変形の影響が生じても、第３のリンク８１Ｃの角度が独立して可変であることで吸収され、変位拡大出力部となる可動部８２は、前記リニアガイド等の案内機構に沿ってＹ軸方向に直線方向に移動することができる。
なお、図２５（Ａ）の構成例では、第２の可動ジョイント７７Ｂの位置で３つのリンク８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃが連結されるので、その軸方向に２つの軸受を並べて設けることが必要であり厚み方向の寸法が増大する。しかし、図２５（Ｂ）の構成例の場合、可動ジョイント７７Ｂ，７７Ｃでは、その軸方向に１つの軸受１２２を設けるだけで良く、図２５（Ａ）の構成例の場合に比べて厚み寸法を１／２に低減できる。
【０１２１】
図２５（Ｃ）の構成例では、１つの固定ジョイント７６と、２つの可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂと、２つのリンク８１Ａ，８１Ｂとでリンク機構７５が構成される。
すなわち、固定ジョイント７６に基端が連結された第１のリンク８１Ａの他端を、第１の可動ジョイント７７Ａに基端が連結された第２のリンク８１Ｂの中間に第２の可動ジョイント７７Ｂを介して連結する。図２３（Ａ），（Ｂ）の例と同様に、固定ジョイント７６は固定台７３の側枠部７３ｃに連結され、第１の可動ジョイント７７Ａは伸縮方向移動体７４に連結される。この構成例では、第２のリンクの先端の可動部８２が、リンク機構７５の変位拡大出力部となる。
この構成の場合、第２のリンク８１Ｂの長さが第１のリンク８１Ａの２倍であって、リンク８１Ｂの中央位置に第２の可動ジョイント７７Ｂが配置されているため、可動部８２は、リニアガイドなどの案内機構を設けることなく、移動方向が拘束される。その移動方向は、固定ジョイント７６と第１の可動ジョイント７７Ａの中心を結んだ直線に対して直角の方向、つまり圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）に変位自在とされる。
【０１２２】
この構成によると、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮により可動ジョイント７７ＡがＸ軸方向に変位し、この変位を拡大して第２のリンク８１Ｂの先端である可動部８２がＹ軸方向に変位する。この構成例は最もコンパクトなものとなる。この例の場合も、可動ジョイント７７Ｂでは、その軸方向に１つの軸受を設けるだけで良く、図２５（Ａ）の構成例の場合に比べて厚み寸法を１／２に低減できる。
【０１２３】
図２４の例では、図２５（Ｃ）の例のリンク機構７５が拡大機構として設けられている。その他の構成は、図２２で示した例と同様である。
【０１２４】
図２６は、第１の進退駆動手段４５および第２の進退駆動手段４６として使用可能な他の構成例を示す。ここでは、第１の進退駆動手段４５に適用した場合につき説明する。この構成例でも、図２４の例と同様に、固定台８３と、駆動源となる２組の圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊとを備える。固定台８３は、Ｘ軸方向に延びる主枠部８３ａと、この主枠部８３ａの両端から幅方向（Ｙ軸方向）に延びる一対の側枠部８３ｂ，８３ｃとでなる。固定台８３の一端の側枠部８３ｂには、他端の側枠部８３ｃに対向する可動体８４がばね部材２７Ｅを介してＸ軸方向に移動自在に支持されている。
【０１２５】
２組の圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊは、共に積層型圧電素子であって、積層方向に沿って前記固定台８３の主枠部８３ａと平行となるように前後に並列に配置される。これら２組の圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊは、締結部材８５を介して直列に接続される。締結部材８５は、前後の両圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの間にこれら両圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊと平行に配置される長手方向部８５ａと、この長手方向部８５ａの両端において、前後方向に互いに逆方向となるように突出する各突部８５ｂ，８５ｃとを有する概形Ｚ字状である。１組の圧電素子積層体１９Ｉは、その一端が固定台８３の側枠部８３ｃに支持され、他端が前記可動体８４側に向く締結部材８５の突部８５ｂに連結されている。また、他の１組の圧電素子積層体１９Ｊは、その一端が固定台側枠部８３ｃ側に向く前記締結部材８５の突部８５ｃに連結され、他端が可動体８４に連結されている。前記ばね部材２７Ｅは、圧電素子積層体１９Ｊに予圧を与える。これにより、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮変位に応じて可動体８４がＸ軸方向に変位可能である。
【０１２６】
この例では、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮をその伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）の変位に拡大する第１の拡大機構として第１のリンク機構１０１を設けると共に、第１の拡大機構（第１のリンク機構１０１）により拡大された変位を圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮方向の変位に拡大する第２の拡大機構として第２のリンク機構１０２を設けている。これら両リンク機構１０１，１０２として、ここでは図１７（Ｃ）に示したリンク機構７５と同じ構成のものを用いている。なお、第２のリンク機構１０２は、第１のリンク機構１０１に対して、９０°方向変換された姿勢とされる。
【０１２７】
すなわち、第１のリンク機構１０１は、１つの固定ジョイント１０６と、２つの可動ジョイント１０７Ａ，１０７Ｂと、２つのリンク１０８Ａ，１０８Ｂとで構成される。具体的には、一端が１つの固定ジョイント１０６で固定台８３の側枠部８３ｃに連結される第１のリンク１０８Ａと、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮に応じてその伸縮方向に変位する可動体８４に一端が１つの可動ジョイント１０７Ａで連結され、中間部が第１のリンク１０８Ａの他端に他の１つの可動ジョイント１０７Ｂで連結される第２のリンク１０８Ｂとで構成される。第２のリンク１０８Ｂの他端が、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）に変位自在とされる。
【０１２８】
第２のリンク機構１０２も、１つの固定ジョイント１１６と、２つの可動ジョイント１１７Ａ，１１７Ｂと、２つのリンク１１８Ａ，１１８Ｂとで構成される。具体的には、一端が１つの固定ジョイント１１６で固定台８３の側枠部８３ｃに連結される第１のリンク１１８Ａと、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮に応じてその伸縮方向と直交するＹ軸方向に変位する前記第１のリンク機構１０１の第２のリンク１０８Ｂの他端に一端が１つの可動ジョイント１１７Ａで連結され、中間部が第１のリンク１１８Ａの他端に他の１つの可動ジョイント１１７Ｂで連結される第２のリンク１１８Ｂとで構成される。これにより、第１および第２のリンク機構１０１，１０２は、同一平面上で前記可動ジョイント１１７Ａを介して２段に組み合わされる。この場合、第２のリンク機構１０２における第２のリンク１１８Ｂの先端が、変位拡大出力部である可動部１１９となり、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮方向（Ｘ軸方向）に変位自在とされる。
【０１２９】
この構成によると、第１のリンク機構１０１において、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮により可動ジョイント１０７ＡがＸ軸方向に変位し、この変位を拡大してリンク１０Ｂの他端である可動ジョイント１１７ＡがＹ軸方向に変位する。また、第２のリンク機構１０２では、前記可動ジョイント１１７ＡのＹ軸方向の変位を拡大してリンク１１８Ｂの他端である可動部１１９が圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮方向（Ｘ軸方向）に変位する。その他の構成は、図２３で示した例と同様である。
【０１３０】
なお、図２６のＸ軸移動機構１４では、第１および第２のリンク機構１０１，１０２として、図２５（Ｃ）に示した構成例のものを可動ジョイント１１７Ａを介して２段に組み合わせた場合を示したが、これに限らず図２５（Ｂ）に示した構成例のものを可動ジョイントを介して２段に組み合わせても良い。その例を図２７に示す。この例では、第２のリンク機構１０２は、第１のリンク機構１０１に対して、９０°方向転換された姿勢となっている。
【０１３１】
図２７の例では、第１のリンク機構１０１は、１つの固定ジョイント１０６と、３つの可動ジョイント１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｃと、２つのリンク１０８Ａ，１０８Ｂとを有するものとなる。第２のリンク機構１０２は、１つの固定ジョイント１１６と、３つの可動ジョイント１１７Ａ，１１７Ｂ，１１７Ｃと、２つのリンク１１８Ａ，１１８Ｂとを有するものとなる。第１のリンク機構１０１における可動部８２と、第２のリンク機構１０２における第２のリンク１１８Ｂの基端とを可動ジョイント１１７Ａで連結することにより、同一平面上で第１および第２のリンク機構１０１，１０２が２段に組み合わされる。第２のリンク機構１０２の第２のリンク１１８Ｂの先端が、変位拡大出力部である可動部１１９となり、圧電素子積層体１９Ｉ，１９Ｊの伸縮方向（Ｘ軸方向）に変位自在とされる。
【０１３２】
前記リンク機構７５の他の構成例として、図２８に示すように、リンク機構７５は、１つの固定ジョイント７６と２つの可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂと２つのリンク８１Ａ，８１Ｂとからなるクランク・スライダ機構を有し、このクランク・スライダ機構は、前記圧電素子の伸長方向の変位を、前記２つの可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂおよび２つのリンク８１Ａ，８１Ｂを介して、固定ジョイント７６の円周上の任意の方向に変換し更に変位を拡大可能としても良い。
【０１３３】
図２８（Ａ）は、Ｙ軸移動機構１５の他の構成例を示す。この他の構成例にかかるＹ軸移動機構１５も、図１４の構成例と同様に、固定台７３と、駆動源となる２組の圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈとを備える。固定台７３は、Ｘ軸方向に延びる一対の主枠部７３ａ、７３ｂと、この主枠部７３ａ、７３ｂの両端から幅方向（Ｙ軸方向）に延びる一対の側枠部７３ｃ，７３ｄと、４つの枠部を締結する側板７３e とを有する。固定台７３の一端の側枠部７３ｃには、他端の側枠部７３ｄに対向する伸縮方向移動体７４がばね部材２７Ｄを介してＸ軸方向に移動自在に支持されている。
【０１３４】
２組の圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈは、共に積層型圧電素子であって、積層方向に沿って前記固定台７３の主枠部７３ａ、７３ｂと平行となるように前後に並列に配置される。これら２組の圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈは、締結部材７８を介して直列に接続される。締結部材７８は、前後の両圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの間にこれら両圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈと平行に配置される長手方向部７８ａと、この長手方向部７８ａの両端において、前後方向に互いに逆方向となるように突出する各突部７８ｂ，７８ｃとを有する概形Ｚ字状である。１組の圧電素子積層体１９Ｇは、その一端が固定台７３の側枠部７３ｃに支持され、他端が前記伸縮方向移動体７４側に向く締結部材７８の突部７８ｂに連結されている。また、他の１組の圧電素子積層体１９Ｈは、その一端が固定台側枠部７３ｄ側に向く前記締結部材７８の突部７８ｃに連結され、他端が伸縮方向移動体７４に連結されている。前記ばね部材２７Ｄは、圧電素子積層体１９Ｈに予圧を与える。これにより、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮変位に応じて伸縮方向移動体７４がＸ軸方向に変位可能である。
【０１３５】
この例では、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮をその伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）の変位に拡大する拡大機構としてリンク機構７５を設けている。このリンク機構７５は、１つの固定ジョイント７６で固定台側枠部７３ｄに連結され、１つの可動ジョイント７７Ａで前記伸縮方向移動体７４に連結される。
この構成によると、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮により可動ジョイント７７ＡがＸ軸方向に変位し、可動ジョイント７７Ｂが固定ジョイント７６を中心にして回転運動する。よって第１のリンク８１Ａに固定された可動部８２がＹ軸方向に変位する。したがって、固定ジョイント７６の円周上の任意の位置に出力部を設定することで任意の方向に変位拡大することができる。よって、進退駆動手段４５，４６の部品点数の削減や寸法の小型化が可能になる。
【０１３６】
図２８（Ｂ）は、第１の進退駆動手段４５のさらに他の構成例を示す。この図２８（Ｂ）のＸ軸移動機構１４も図２８（Ａ）と同じ構成を有し、リンク８１Ａに固定された可動ジョイント７７Ｂと可動部８２の位置を変更することで、Ｘ軸方向に変位する。したがって、固定ジョイント７６の円周上の任意の位置に出力部を設定することで任意の方向に変位拡大することができ、よって、Ｙ軸移動機構１５の部品点数の削減や寸法の小型化が可能になる。
【０１３７】
図２９は、図２８（Ａ）、（Ｂ）で示す前記リンク機構７５の構成例を拡大して示す。 図２８の構成例では、１つの固定ジョイント７６と、２つの可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂと、２つのリンク８１Ａ、８１Ｂとでクランク・スライダ機構となるリンク機構７５が構成される各固定ジョイント７６および可動ジョイント７７Ａ，７７Ｂは、それぞれ回動自在な節点を構成するジョイントであって、その回動中心が、圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮方向（Ｘ軸方向）およびその伸縮方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）のいずれに対しても垂直である。
【０１３８】
第１および第２のリンク８１Ａ，８１Ｂは、それぞれ一端が前記固定ジョイント７６および第１の可動ジョイント７７Ａに連結されて他端が第２の可動ジョイント７７Ｂで互いに連結される。第１の可動ジョイント７７Ａは、前記圧電素子積層体１９Ｇ，１９Ｈの伸縮側の端部と一体に移動可能な伸縮方向移動体７４に設けられ、この伸縮方向移動体７４と共に移動可能とする。
【０１３９】
図３０は、前記固定ジョイント７６が第１の可動ジョイント７７Ａのスライド方向延長線上になく、オフセットを持っているオフセットクランク機構の構成を示す。
【符号の説明】
【０１４０】
１…容器位置調整手段
２…撮像手段
３…顕微鏡
４…搬送手段
５…制御装置
７…画像処理手段
８…位置判定手段
８ａ…位置記憶部
９…担当範囲演算手段
１０…挿入順決定手段
１１…注入針
１２…容器
１４…Ｘ軸移動機構
１５…Ｙ軸移動機構
１６…Ｚ軸移動機構
１９Ａ〜１９Ｊ…圧電素子積層体
２６…可動片（拡大機構）
３６…可動片（第１の拡大機構）
３７…可動枠部（第２の拡大機構）
４０…基台
４１…第１の移動体
４２…第２の移動体
４３…第１のガイド
４４…第２のガイド
４５…第１の進退駆動手段
４５ａ…出力部材
４６…第２の進退駆動手段
４６ａ…出力部材
５４…振動駆動手段
７５…リンク機構（拡大機構）
７６…固定ジョイント
７７Ａ，７７Ｂ…可動ジョイント
８１Ａ〜８１Ｃ…リンク
７９…干渉回避手段
８６…視野範囲調整手段
８８…注入針移動制御手段
８９…容器移動制御手段
１００…容器内全範囲処理手段
１０１…第１のリンク機構（第１の拡大機構）
１０２…第２のリンク機構（第２の拡大機構）
１０６…固定ジョイント
１０７Ａ，１０７Ｂ…可動ジョイント
１０８Ａ，１０８Ｂ…リンク
１１５…第３のガイド
１１４…第４のガイド
１２１…第１の弾性体
１２２…第２の弾性体
Ｅ…担当範囲
Ｖ…顕微鏡視野範囲
Ｖａ…重複する部分
Ｔ…被導入体
Ｔｏ …基準となる被導入体
Ｍ…容器内の分割の境界線
Ｌ…顕微鏡視野範囲における分割線
Ｏ…顕微鏡視野範囲における中心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に導入物質が充填された注入針を被導入体に挿入することにより、被導入体内に導入物質を導入するインジェクション処理を行うマイクロインジェクション装置であって、 前記被導入体の入った容器の位置を調整する容器位置調整手段と、この容器位置調整手段で位置調整された容器の内部の被導入体に対して、複数の注入針をそれぞれ個別に少なくとも２次元方向に移動可能な複数の搬送手段と、前記容器位置調整手段により位置調整された前記容器の内部を、顕微鏡を通して顕微鏡視野範囲で撮像する撮像手段と、この撮像手段によって得られた画像から前記顕微鏡視野範囲の各被導入体の位置を判定する位置判定手段と、この位置判定手段で判定された各被導入体の位置の情報から、定められた規則に従って各注入針の搬送手段の負荷が均等化されるように、各注入針が担当する前記顕微鏡視野内での範囲を決定する担当範囲演算手段と、この担当範囲演算手段で決定された担当範囲の各被導入体に対して、前記位置判定手段で判定された各被導入体の位置の情報から前記各搬送手段に注入針の移動を行わせる注入針移動制御手段とを備えることを特徴とするマイクロインジェクション装置。
【請求項２】
請求項１において、前記担当範囲演算手段は、各注入針が担当する面積がほぼ均等となるように、前記顕微鏡視野範囲の領域を分割するマイクロインジェクション装置。
【請求項３】
請求項１において、前記担当範囲演算手段は、各注入針が担当する被導入体の数がほぼ均等となるように前記顕微鏡視野範囲の領域を分割するマイクロインジェクション装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記注入針移動制御手段に、個々の注入針毎に、担当する各被導入体へのインジェクション処理の動作における注入針の総移動距離が最短になるように、被導入体のインジェクション処理の順番を決定する挿入順決定手段を設けたマイクロインジェクション装置。
【請求項５】
請求項１において、個々の注入針毎に、担当する各被導入体へのインジェクション処理の動作における注入針の総移動距離が最短になるように、被導入体のインジェクション処理の順番を決定する挿入順決定手段を設け、前記担当範囲演算手段は、個々の注入針の前記総移動距離がほぼ均等となるように前記顕微鏡視野範囲の領域を分割するマイクロインジェクション装置。
【請求項６】
請求項１において、前記注入針移動制御手段に、個々の注入針毎に、担当する各被導入体へのインジェクション処理の動作における注入針の総移動距離が最短になるように、被導入体のインジェクション処理の順番を決定する挿入順決定手段を設け、前記担当範囲演算手段は、個々の注入針の前記総移動距離と処理個数の積がほぼ均等となるように顕微鏡視野範囲の領域を分割するマイクロインジェクション装置。
【請求項７】
請求項１において、前記注入針移動制御手段に、個々の注入針毎に、担当する各被導入体へのインジェクション処理の動作における注入針の総移動距離が最短になるように、被導入体のインジェクション処理の順番を決定する挿入順決定手段を設け、前記担当範囲演算手段は、注入針の移動時間と、注入針が被導入体に挿入されている間に導入物質の導入のために停止させるインジェクション時間とを算出し、インジェクション時間と移動時間の和である処理時間がほぼ均等となるように前記顕微鏡視野範囲の領域を分割するマイクロインジェクション装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記担当範囲演算手段は、各注入針を並行して動作させたときに注入針同士の干渉が生じないことを優先条件とし、この優先条件下で前記顕微鏡視野範囲の領域を分割するマイクロインジェクション装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、注入針同士が干渉しないように、各注入針の被導入体へのインジェクション処理の順番を決定する干渉回避手段を設けたマイクロインジェクション装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、被導入体の大きさに応じて、顕微鏡視野範囲を調整する視野範囲調整手段を設けたマイクロインジェクション装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、顕微鏡視野範囲に応じて前記容器位置調整手段により容器の位置を順次移動させ、容器内の全領域で前記注入針のインジェクション処理を行わせるように前記容器位置調整手段および前記各注入針の搬送手段を制御する容器内全範囲処理手段を設けたマイクロインジェクション装置。
【請求項１２】
請求項１１において、前記容器内全範囲処理手段は、顕微鏡視野範囲の全ての被導入体に対するインジェクション処理が行なわれた後、顕微鏡視野範囲に応じて前記容器を前記容器位置調整手段により順次移動させ、各回の移動後の位置における容器内の被導入体に対してインジェクション処理を行わせるマイクロインジェクション装置。
【請求項１３】
請求項１１において、前記容器内全範囲処理手段を設けた場合に、前記各注入針のインジェクション処理の順番を定められた規則より決める挿入順決定手段を備え、前記容器内全範囲処理手段は、顕微鏡視野範囲に応じて前記容器位置調整手段により容器の位置を順次移動させ、複数回の移動先の各顕微鏡視野範囲の被導入体の位置を、インジェクション処理よりも前に、前記位置判定手段により判定させ、かつ前記担当範囲演算手段に各注入針が担当する前記範囲を決定させ、前記挿入順決定手段にインジェクション処理の順番を決定させるマイクロインジェクション装置。
【請求項１４】
請求項１１において、前記各注入針のインジェクション処理の順番を定められた規則より決める挿入順決定手段を備え、前記容器内全範囲処理手段は、顕微鏡視野範囲に応じて前記容器位置調整手段により容器の位置を順次移動させて前記容器内の全被導入体の位置を、インジェクション処理よりも前に、前記位置判定手段により判定させ、かつ前記担当範囲演算手段に各注入針が担当する前記範囲を決定させ、前記挿入順決定手段にインジェクション処理の順番を決定させるマイクロインジェクション装置。
【請求項１５】
請求項１１において、前記容器内全範囲処理手段は、顕微鏡視野範囲に応じて前記容器位置調整手段により容器の位置を順次移動させ、現在の顕微鏡視野範囲の被導入体の位置を位置判定手段により判定させると同時に、複数回前の顕微鏡視野範囲の各被導入体へのインジェクション処理を、前記注入針移動制御手段による搬送装置の移動によって行わせるマイクロインジェクション装置。
【請求項１６】
請求項１１ないし請求項１５のいずれか１項において、前記容器内全範囲処理手段は、前記容器位置調整手段により容器の位置を順次移動させるときに、顕微鏡視野範囲に重複する部分を持つように移動させるマイクロインジェクション装置。
【請求項１７】
請求項１６において、前記容器内全範囲処理手段は、前記重複する部分の面積が同じになるようにするマイクロインジェクション装置。
【請求項１８】
請求項１６において、前記容器内全範囲処理手段は、前記容器位置調整手段により容器の位置を順次移動させるときに、定められた規則により、顕微鏡視野範囲内に基準となる被導入体を決定し、その被導入体が含まれる領域が重複するように移動させるマイクロインジェクション装置。
【請求項１９】
請求項１ないし請求項１８のいずれか１項において、前記搬送手段は、進退自在に設置された移動体と、この移動体を移動させる進退駆動手段とを有し、前記進退駆動手段は、駆動源として、複数の圧電素子が積層されて積層方向に伸縮する圧電素子積層体を有するマイクロインジェクション装置。
【請求項２０】
請求項１９において、前記搬送手段における前記圧電素子積層体を駆動源とする進退駆動手段は、圧電素子積層体を平行に配置し、これら複数の圧電素子積層体を、結合部材を介して伸縮方向に直列に接続したマイクロインジェクション装置。
【請求項２１】
請求項２０において、前記搬送手段における前記圧電素子積層体を駆動源とする進退駆動手段は、圧電素子積層体の伸縮をその伸縮方向と直交する方向の変位に拡大する拡大機構を有するマイクロインジェクション装置。
【請求項２２】
請求項２１において、前記拡大機構がリンク機構からなるマイクロインジェクション装置。
【請求項２３】
請求項２０において、前記搬送手段における前記圧電素子積層体を駆動源とする進退駆動手段は、圧電素子積層体の伸縮をその伸縮方向と平行な方向の変位に拡大する拡大機構を有するマイクロインジェクション装置。
【請求項２４】
請求項２３において、前記拡大機構がリンク機構からなるマイクロインジェクション装置。
【請求項２５】
請求項２２または請求項２４において、前記リンク機構は、１つの固定ジョイントと２つの可動ジョイントと２つのリンクとからなるクランク・スライダ機構を有し、このクランク・スライダ機構は、前記圧電素子の伸長方向の変位を、前記２つの可動ジョイントおよび２つのリンクを介して、固定ジョイントの円周上の任意の方向に変換し更に変位を拡大可能としたマイクロインジェクション装置。
【請求項２６】
請求項１ないし請求項２５のいずれか１項において、前記搬送手段は、少なくとも第１の移動体と第２の移動体とを互いに直交する方向に進退自在とした２自由度を持っていて、第２の移動体に前記注入針を支持し、前記第１の移動体が第１のガイドを介して基台に直線方向に進退自在移動可能に設置され、第１の移動体の上に第２のガイドを介して第２の移動体が、前記直線方向と直交する方向に進退自在に設置され、前記第１の移動体および第２の移動体をそれぞれ進退させる第１の進退駆動手段および第２の進退駆動手段が前記基台に設置され、前記第２の進退駆動手段の出力部材が、第２の移動体に対して進退移動可能な方向と直交する方向に対して移動が自在に連結され、または接触するマイクロインジェクション装置。
【請求項２７】
請求項１ないし請求項２６のいずれか１項において、被導入体が細胞であり、導入物質が遺伝子制御因子であるマイクロインジェクション装置。
【請求項１】
内部に導入物質が充填された注入針を被導入体に挿入することにより、被導入体内に導入物質を導入するインジェクション処理を行うマイクロインジェクション装置であって、 前記被導入体の入った容器の位置を調整する容器位置調整手段と、この容器位置調整手段で位置調整された容器の内部の被導入体に対して、複数の注入針をそれぞれ個別に少なくとも２次元方向に移動可能な複数の搬送手段と、前記容器位置調整手段により位置調整された前記容器の内部を、顕微鏡を通して顕微鏡視野範囲で撮像する撮像手段と、この撮像手段によって得られた画像から前記顕微鏡視野範囲の各被導入体の位置を判定する位置判定手段と、この位置判定手段で判定された各被導入体の位置の情報から、定められた規則に従って各注入針の搬送手段の負荷が均等化されるように、各注入針が担当する前記顕微鏡視野内での範囲を決定する担当範囲演算手段と、この担当範囲演算手段で決定された担当範囲の各被導入体に対して、前記位置判定手段で判定された各被導入体の位置の情報から前記各搬送手段に注入針の移動を行わせる注入針移動制御手段とを備えることを特徴とするマイクロインジェクション装置。
【請求項２】
請求項１において、前記担当範囲演算手段は、各注入針が担当する面積がほぼ均等となるように、前記顕微鏡視野範囲の領域を分割するマイクロインジェクション装置。
【請求項３】
請求項１において、前記担当範囲演算手段は、各注入針が担当する被導入体の数がほぼ均等となるように前記顕微鏡視野範囲の領域を分割するマイクロインジェクション装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記注入針移動制御手段に、個々の注入針毎に、担当する各被導入体へのインジェクション処理の動作における注入針の総移動距離が最短になるように、被導入体のインジェクション処理の順番を決定する挿入順決定手段を設けたマイクロインジェクション装置。
【請求項５】
請求項１において、個々の注入針毎に、担当する各被導入体へのインジェクション処理の動作における注入針の総移動距離が最短になるように、被導入体のインジェクション処理の順番を決定する挿入順決定手段を設け、前記担当範囲演算手段は、個々の注入針の前記総移動距離がほぼ均等となるように前記顕微鏡視野範囲の領域を分割するマイクロインジェクション装置。
【請求項６】
請求項１において、前記注入針移動制御手段に、個々の注入針毎に、担当する各被導入体へのインジェクション処理の動作における注入針の総移動距離が最短になるように、被導入体のインジェクション処理の順番を決定する挿入順決定手段を設け、前記担当範囲演算手段は、個々の注入針の前記総移動距離と処理個数の積がほぼ均等となるように顕微鏡視野範囲の領域を分割するマイクロインジェクション装置。
【請求項７】
請求項１において、前記注入針移動制御手段に、個々の注入針毎に、担当する各被導入体へのインジェクション処理の動作における注入針の総移動距離が最短になるように、被導入体のインジェクション処理の順番を決定する挿入順決定手段を設け、前記担当範囲演算手段は、注入針の移動時間と、注入針が被導入体に挿入されている間に導入物質の導入のために停止させるインジェクション時間とを算出し、インジェクション時間と移動時間の和である処理時間がほぼ均等となるように前記顕微鏡視野範囲の領域を分割するマイクロインジェクション装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記担当範囲演算手段は、各注入針を並行して動作させたときに注入針同士の干渉が生じないことを優先条件とし、この優先条件下で前記顕微鏡視野範囲の領域を分割するマイクロインジェクション装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、注入針同士が干渉しないように、各注入針の被導入体へのインジェクション処理の順番を決定する干渉回避手段を設けたマイクロインジェクション装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、被導入体の大きさに応じて、顕微鏡視野範囲を調整する視野範囲調整手段を設けたマイクロインジェクション装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、顕微鏡視野範囲に応じて前記容器位置調整手段により容器の位置を順次移動させ、容器内の全領域で前記注入針のインジェクション処理を行わせるように前記容器位置調整手段および前記各注入針の搬送手段を制御する容器内全範囲処理手段を設けたマイクロインジェクション装置。
【請求項１２】
請求項１１において、前記容器内全範囲処理手段は、顕微鏡視野範囲の全ての被導入体に対するインジェクション処理が行なわれた後、顕微鏡視野範囲に応じて前記容器を前記容器位置調整手段により順次移動させ、各回の移動後の位置における容器内の被導入体に対してインジェクション処理を行わせるマイクロインジェクション装置。
【請求項１３】
請求項１１において、前記容器内全範囲処理手段を設けた場合に、前記各注入針のインジェクション処理の順番を定められた規則より決める挿入順決定手段を備え、前記容器内全範囲処理手段は、顕微鏡視野範囲に応じて前記容器位置調整手段により容器の位置を順次移動させ、複数回の移動先の各顕微鏡視野範囲の被導入体の位置を、インジェクション処理よりも前に、前記位置判定手段により判定させ、かつ前記担当範囲演算手段に各注入針が担当する前記範囲を決定させ、前記挿入順決定手段にインジェクション処理の順番を決定させるマイクロインジェクション装置。
【請求項１４】
請求項１１において、前記各注入針のインジェクション処理の順番を定められた規則より決める挿入順決定手段を備え、前記容器内全範囲処理手段は、顕微鏡視野範囲に応じて前記容器位置調整手段により容器の位置を順次移動させて前記容器内の全被導入体の位置を、インジェクション処理よりも前に、前記位置判定手段により判定させ、かつ前記担当範囲演算手段に各注入針が担当する前記範囲を決定させ、前記挿入順決定手段にインジェクション処理の順番を決定させるマイクロインジェクション装置。
【請求項１５】
請求項１１において、前記容器内全範囲処理手段は、顕微鏡視野範囲に応じて前記容器位置調整手段により容器の位置を順次移動させ、現在の顕微鏡視野範囲の被導入体の位置を位置判定手段により判定させると同時に、複数回前の顕微鏡視野範囲の各被導入体へのインジェクション処理を、前記注入針移動制御手段による搬送装置の移動によって行わせるマイクロインジェクション装置。
【請求項１６】
請求項１１ないし請求項１５のいずれか１項において、前記容器内全範囲処理手段は、前記容器位置調整手段により容器の位置を順次移動させるときに、顕微鏡視野範囲に重複する部分を持つように移動させるマイクロインジェクション装置。
【請求項１７】
請求項１６において、前記容器内全範囲処理手段は、前記重複する部分の面積が同じになるようにするマイクロインジェクション装置。
【請求項１８】
請求項１６において、前記容器内全範囲処理手段は、前記容器位置調整手段により容器の位置を順次移動させるときに、定められた規則により、顕微鏡視野範囲内に基準となる被導入体を決定し、その被導入体が含まれる領域が重複するように移動させるマイクロインジェクション装置。
【請求項１９】
請求項１ないし請求項１８のいずれか１項において、前記搬送手段は、進退自在に設置された移動体と、この移動体を移動させる進退駆動手段とを有し、前記進退駆動手段は、駆動源として、複数の圧電素子が積層されて積層方向に伸縮する圧電素子積層体を有するマイクロインジェクション装置。
【請求項２０】
請求項１９において、前記搬送手段における前記圧電素子積層体を駆動源とする進退駆動手段は、圧電素子積層体を平行に配置し、これら複数の圧電素子積層体を、結合部材を介して伸縮方向に直列に接続したマイクロインジェクション装置。
【請求項２１】
請求項２０において、前記搬送手段における前記圧電素子積層体を駆動源とする進退駆動手段は、圧電素子積層体の伸縮をその伸縮方向と直交する方向の変位に拡大する拡大機構を有するマイクロインジェクション装置。
【請求項２２】
請求項２１において、前記拡大機構がリンク機構からなるマイクロインジェクション装置。
【請求項２３】
請求項２０において、前記搬送手段における前記圧電素子積層体を駆動源とする進退駆動手段は、圧電素子積層体の伸縮をその伸縮方向と平行な方向の変位に拡大する拡大機構を有するマイクロインジェクション装置。
【請求項２４】
請求項２３において、前記拡大機構がリンク機構からなるマイクロインジェクション装置。
【請求項２５】
請求項２２または請求項２４において、前記リンク機構は、１つの固定ジョイントと２つの可動ジョイントと２つのリンクとからなるクランク・スライダ機構を有し、このクランク・スライダ機構は、前記圧電素子の伸長方向の変位を、前記２つの可動ジョイントおよび２つのリンクを介して、固定ジョイントの円周上の任意の方向に変換し更に変位を拡大可能としたマイクロインジェクション装置。
【請求項２６】
請求項１ないし請求項２５のいずれか１項において、前記搬送手段は、少なくとも第１の移動体と第２の移動体とを互いに直交する方向に進退自在とした２自由度を持っていて、第２の移動体に前記注入針を支持し、前記第１の移動体が第１のガイドを介して基台に直線方向に進退自在移動可能に設置され、第１の移動体の上に第２のガイドを介して第２の移動体が、前記直線方向と直交する方向に進退自在に設置され、前記第１の移動体および第２の移動体をそれぞれ進退させる第１の進退駆動手段および第２の進退駆動手段が前記基台に設置され、前記第２の進退駆動手段の出力部材が、第２の移動体に対して進退移動可能な方向と直交する方向に対して移動が自在に連結され、または接触するマイクロインジェクション装置。
【請求項２７】
請求項１ないし請求項２６のいずれか１項において、被導入体が細胞であり、導入物質が遺伝子制御因子である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１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【公開番号】特開２０１２−１９７５４（Ｐ２０１２−１９７５４Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６１３１９（Ｐ２０１０−１６１３１９）
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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