微小物体の捕獲装置及び方法
【課題】 細胞と導入物質の組合せの制限を受けず、成功率の高いインジェクション方式を採用しながら、作業の効率性を改善する捕獲装置及び方法を提供する。
【解決手段】 液体中に浮遊する複数の微小物体を捕獲するための捕獲装置であって、それぞれ各物体を吸引可能な複数の吸引口を有する捕獲部と、前記複数の物体を前記吸引口に誘導する流れを前記液体中に形成する誘導部を有することを特徴とする捕獲装置を提供する。
【解決手段】 液体中に浮遊する複数の微小物体を捕獲するための捕獲装置であって、それぞれ各物体を吸引可能な複数の吸引口を有する捕獲部と、前記複数の物体を前記吸引口に誘導する流れを前記液体中に形成する誘導部を有することを特徴とする捕獲装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中に拡散させた微小な浮遊物体の捕獲に関する。本発明は、例えば、医療分野において、白血球が持つ抗体生成など、生体細胞の反応を使った創薬システムにおいて微小浮遊細胞を捕獲する捕獲装置及び方法に好適である。ここで、創薬システムとは、一般には、細胞内に外来の遺伝子溶液及び薬剤溶液を微小針を用いて注入するなどの処理を施し、その後に、各細胞を培養し、個別的に評価又は処理（スクリーニングや抗体抽出など）するためのシステムをいう。
【背景技術】
【０００２】
近年、再生医療やゲノム創薬等の分野において、遺伝子及び薬剤を導入した細胞を利用する機会が増加している。このような医療用途では、研究用途とは異なり、細胞と導入物質の組合せを予め決定し、単一細胞について効果発現の有無を観察するなど、各細胞の個別的評価が必要となる。また、医療用途では、大量の細胞の処理に対して所定のスループットを維持することが要求される。
【０００３】
遺伝子注入の方法としては、ベクター法などの生物的手法、トランスフェクションなどの化学的手法、電気穿孔法、パーティクルガン、インジェクションなどの物理的手法がある。このうち生物的手法や化学的手法は細胞と導入物質の組合せに制限があるために医療用途には適さない。一方、物理的手法は、細胞と注入物質の組合せの制限を受けない方法として知られており、特に、インジェクション法（例えば、特許文献１及び２を参照のこと）は、人工授精に広く使われているように、高い注入成功率を有して遺伝子注入方法として有力視されている。従来のインジェクション法は、熟練作業者が細胞にダメージを最低限に抑えた状態で顕微鏡を利用して針先から物質を細胞に導入する。細胞が、シャーレ中で自由に移動可能であると注入作業が困難になるため、微細孔の空いた膜をフィルターの裏から多数の細胞を一括して吸引及び固定する方法が提案されている（例えば、特許文献３を参照のこと）。
【特許文献１】特開平８−３３４７７号公報
【特許文献２】特開２０００−２３６５７号公報
【特許文献３】特開平２−１１７３８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献３による細胞の一括吸着方法では、全ての吸引口に対して細胞がほぼ等距離にあるときは細胞を同時に吸引して作業性が向上するが、細胞の分布が吸引口間でばらついていれば、所定時間の吸引の結果、ある吸引口には細胞が吸引されるが、他の吸引口には細胞が吸引されないことになる。すると、全ての吸引口に細胞が吸引されてそれらに物質が注入されるまで吸引を継続しなければならない。長時間の吸引を行うことにより細胞が吸引口内に引きずり込まれて損傷するおそれがある。また、注入が終わった細胞だけを順次個別的に次段の後処理に回すこともできず処理の効率が悪い。一方、細胞の吸引口における吸引時間を一定にして細胞の損傷を防止しようとすれば細胞を吸引しない吸引口が存在することになり、スループットが低下する。この点、レーザーピンセットと呼ばれる細胞誘導技術も提案されているが、レーザーピンセット細胞を一つずつ誘導するためスループットを劇的に向上しない。
【０００５】
そこで、本発明は、細胞と導入物質の組合せの制限を受けず、成功率の高いインジェクション方式を採用しながら、作業の効率性を改善する捕獲装置及び方法を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての捕獲装置は、液体中に浮遊する複数の微小物体を捕獲するための捕獲装置であって、それぞれ各物体を吸引可能な複数の吸引口を有する捕獲部と、前記複数の物体を前記吸引口に誘導する流れを前記液体中に形成する誘導部を有することを特徴とする。かかる捕獲装置は、誘導部が複数の物体を誘導する流れを形成し、個別的誘導よりも捕獲の効率を上げている。
【０００７】
前記捕獲装置は、前記液体と前記複数の微小物体を収納する容器を更に有し、前記誘導部は、前記容器を傾斜させる手段を含んでもよい。あるいは、前記誘導部は、前記物体に対して送風する手段やその他の流れを形成する手段であってもよい。前記誘導部は、直交する２方向に前記流れを形成してもよい。これにより、２次元的に物体を誘導することができる。
【０００８】
前記捕獲装置は、前記吸引口と前記物体を検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づいて前記誘導部が前記物体を誘導すべき方向及び／又は誘導力を決定する制御部とを更に有してもよい。例えば、容器を傾斜される実施例では、前記捕獲装置は、前記吸引口と前記物体を検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づいて前記誘導部が前記物体を誘導すべき方向と角度を決定する制御部とを更に有してもよい。これにより、物体の誘導を自動的に行うことができる。特に、制御部は、吸引口が確実に吸引できるように、誘導方向に加えて誘導力（例えば、容器の傾斜角や送風力）を調節することができるために、捕獲の効率が向上する。なお、未捕獲の複数の物体を誘導する際に、未捕獲の複数の吸引口の分布形状や大きさに合わせて制御部は誘導力を調節することができる。これは、物体は誘導中に最初の分布を維持せず、また、未捕獲の吸引口も物体を吸引することによって分布を維持しないため、誘導方向と誘導力の制御を連続的に行うことによってより効率的な捕獲処理を行うことができるからである。
【０００９】
本発明の別の側面としての捕獲方法は、液体中に浮遊する複数の微小物体を捕獲するための捕獲方法であって、前記複数の微小物体が存在する領域の第１の中心と、それぞれ各物体を吸引可能な複数の吸引口のうち前記物体を吸引していない複数の吸引口が存在する領域の第２の中心を算出するステップと、前記第１の中心から前記第２の中心への流れを前記液体に形成するステップとを有することを特徴とする。かかる捕獲方法によれば、物体を第１の中心（例えば、未捕獲の複数の物体が存在する矩形領域の中心や未捕獲の複数の物体の重心）から第２の中心（例えば、未捕獲の複数の吸引口が存在する矩形領域の中心や未捕獲の複数の吸引口の重心）に移動させて複数の物体を効率的に吸引口に捕獲することができる。なお、ここで、「第１の中心」は第１の中心及びその近傍（例えば、第１の中心から物体の直径の５倍程度の範囲）は含む趣旨であり、「第２の中心」は第１の中心及びその近傍（例えば、第２の中心から吸引口の直径の５倍程度の範囲）は含む趣旨である。近傍の範囲は吸引口が細胞を吸引できる範囲であり、細胞の誘導速度との関係で変化する。
【００１０】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、細胞と導入物質の組合せの制限を受けず、成功率の高いインジェクション方式を採用しながら、作業の効率性を改善する捕獲装置及び方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の第１の実施例の細胞処理装置１００について説明する。細胞処理装置１００は、本発明に適用可能な微小物体に対して所定の処理（例えば、微小針（キャピラリ）を用いた物体の注入処理）を施す。微小物体は、液体（例えば、細胞懸濁液及び培地）Ｌに分散し、浮遊可能な細胞Ｃである。ここで、図１は、細胞処理装置１００の概略斜視図である。細胞処理装置１００は、図１に示すように、シャーレなどの容器１０２と、支持部１０４と、基台１０６と、捕獲基材１１０と、吸引部１２０と、傾斜機構１３０とを有する。
【００１３】
容器１０２は、液体Ｌ及びそれに浮遊する複数の細胞Ｃを収納する円筒形状の水槽であり、例えば、プラスチックから構成される。容器１０２は流路であっても構わない。容器１０２には、細胞Ｃ及び液体Ｌが供給される図示しない一又は複数の供給部に接続されている。容器１０２に満たされる液体Ｌの量は、通常時は細胞Ｃが捕獲基材１１０に接触せずに浮遊することができ、吸引時には細胞Ｃが捕獲基材１１０上に拘束される量である。また、後述する吸引口１１２ｂから液体Ｌは捕獲基材１１０内に流入するため、その後も細胞Ｃが捕獲基材１１０に接触せずに浮遊することができるのに十分な量が容器１０２に供給される必要がある。例えば、容器１０２には液体Ｌの高さを検知するセンサが設けられ、液体の量が一定の高さ以下になった場合には図示しない供給部から液体Ｌが供給される構成としてもよい。また、容器１０２は、後述する捕獲部によって捕獲された複数の細胞に微小針を用いて所定の物質を注入する図示しない処理部が接続可能である。更に、容器１０２には、ＤＮＡなどの所定の物質が注入された細胞（即ち、処理済の細胞）を後段の回収部に搬送する流路が接続されていてもよい。
【００１４】
支持部１０４は、容器１０２の底部の一部を支持する底部支持部１０４ａと容器１０２の側部の一部を支持する側部支持部１０４ｂとを有する。底部支持部１０４ａと側部支持部１０４ｂとは、それぞれ平板形状を有し、本実施例では、図１に示すように断面Ｌ字形状を構成する。支持部１０４は、容器１０２を傾斜可能に（回転可能に）支持し、基台１０６と一体的に構成されてもよい。支持部１０４は、容器１０２のＷ方向の移動を制限する制限部材を有することが好ましい。これにより、容器１０２が傾斜中にＷ方向に転がって支持部１０４から外れることを防止することができる。
【００１５】
基台１０６は、支持台１０４を固定すると共に傾斜機構１３０を回転自在に支持する。
【００１６】
捕獲基材１１０は、容器１０２の内面に適合する円筒形状の部材であり、吸引部１２０と共に捕獲部として機能する。捕獲基材１１０は、液体Ｌ及び細胞Ｃよりも比重が大きく、液体Ｌを汚染しない材料（例えば、プラスチック）から構成される。捕獲基材１１０は、容器１０２の内面に適合するので、容器１０２内で捕獲基材１１０が移動することはない。これにより、配管１２４の移動を防止することができ、吸引動作を安定化することができる。また、かかる構造により、容器１０２と捕獲部材１１０との間には液体Ｌが入らない。なお、捕獲基材１１０は、容器１０２の一部であってもよい。捕獲基材１１０は、複数の接続口１１２ａと、複数の吸引口１１２ｂと、複数のトンネル１１４とを有するが、図１はそれぞれ一つしか示していない。
【００１７】
接続口１１２ａは吸引部１２０の配管１２４が接続される穴である。接続口１１２ａの内面にはネジ切りされ、配管１２４の外面のネジ山に適合するように構成されてもよい。これにより、配管１２４が動作中に捕獲基材１１０から分離することを防止することができる。
【００１８】
吸引口１１２ｂは細胞Ｃを吸引及び捕獲するためのφ数μｍ程度の複数の穴である。吸引口１１２ｂの数は同時に捕獲可能な細胞の最大数である。予め吸引口１１２ｂを碁盤の目のように自動機で取り扱い易い配置にしておけば、例えば、ＤＮＡの注入などの後工程を自動化にスループットが低下することを防止することができる。
【００１９】
トンネル１１４は、図２に示すように、接続口１１２ａと吸引口１１２ｂを連通する、例えば、Ｕ字形状の穴である。ここで、図２は、捕獲基材１１０と吸引部１２０との関係を示す概略平面図である。トンネル１１４の形状は例示的であり、例えば、接続口１１２ａが捕獲基材１１０の底面に形成されれば、トンネル１１４は直線形状になる。
【００２０】
吸引部１２０は、細胞Ｃの吸引・吐出、液体Ｌの吐出が可能であり、本実施例では複数のポンプ１２２とそれに対応した数の配管１２４とを含むが、図１は便宜上一のポンプ１２２と配管１２４のみを示している。本実施例のように、吸引部１２０は、吸引口１１２ｂの数に対応した数のポンプ１２２を有してもよいし、各吸引口１１２ｂに制御弁が設けられていれば、少なくとも一つのポンプ１２２が設けられていれば足りる。本実施例では、捕獲部は捕獲基材１１０と吸引部１２０から構成されているが、捕獲基材１１０を設けるかどうかは選択的である。例えば、吸引部１２０の配管１２４をトンネル１１４の形状に倣ってＵ字形状にするなどである。吸引口１１２ｂの吐出機能により、ある吸引口１１２ｂを、目的の吸引口１１２ｂに細胞Ｃを誘導する誘導部として機能させることができる。また、複数の細胞Ｃが凝集している場合にそれに近接した吸引口１１２ｂから圧力を印加することによって細胞を分散させることができる。
【００２１】
ポンプ１２２は、少なくとも吸引が可能（好ましくは吐出も可能）であればその種類は問わない。例えば、シリンダとその軸方向に摺動可能なプランジャよりなる吸引／吐出装置であってもよい。また、本実施例では、ポンプ１２２の吸引力、吐出力は調節可能としている。細胞Ｃを損傷しない程度に捕獲する吸引力や処理済みの細胞Ｃを解放する吐出力はシミュレーションや実験で予め設定されているが、細胞Ｃを吸引口１１２ｂに引き寄せる際の吸引力や凝集した細胞Ｃを分散させるための液体Ｌの吐出力は調節可能であり、これにより、捕獲動作の効率を高めることができる。
【００２２】
配管１２４は、捕獲基材１１０の接続口１１２ａに接続され、弾性変形可能なチューブから構成されている。本実施例では、各ポンプ１２２は独立して動作可能である。配管１２４は直角に折れ曲がっているが、かかる形状は例示的である。また、吸引部１２０を捕獲基材１１０の下方に設ければ、接続口１１２ａは捕獲基材１１０の底面に形成される。但し、この場合は、液体Ｌがポンプ１２２に流入しないような手段を設ける必要がある。
【００２３】
かかる吸引部１２０によれば、複数の吸引口による細胞Ｃの吸引が独立して（例えば、手動で）動作可能であるので、長時間の吸引による細胞Ｃの損傷を防止することができる。各ポンプ１２２は独立して動作可能であるが同時に細胞Ｃを捕獲するように吸引動作を行ってもよいことはいうまでもない。図２に、捕獲・拘束されている細胞Ｃを示す。かかる状態で、作業者は、微小針を細胞Ｃに突き刺してＤＮＡなどの所定の物質を細胞Ｃに注入することができる。細胞Ｃが固定されているので作業性が向上する。
【００２４】
捕獲部は、注入済の細胞Ｃの、複数の吸引口１１２ｂによる捕獲を個別に解除して新しい細胞Ｃを捕獲して注入処理の効率やスループットを高めることができる。例えば、後工程の処理が終わった細胞Ｃを捕獲・拘束している中央の吸引口１１２ｂのみを個別に吸引停止又は吐出すれば、中央の細胞Ｃは自由に移動可能になるため、他の細胞移動手段（例えば、容器１０２を傾けるなど）で下に移動し、拘束されている他の細胞Ｃと分離することができる。これにより、細胞Ｃの処理・未処理などが識別できれば、一連の流れとして全体として自動化することができる。加えて、新しい細胞Ｃを目的の吸引口１１２ｂに個別に吸引して捕獲・拘束することもできる。
【００２５】
傾斜機構１３０は、容器１０２を所定方向に所定角度だけ傾斜させる機能を有する。所定方向は、細胞Ｃを誘導する方向であり、所定角度は重力によって細胞Ｃを誘導する誘導力に対応する。傾斜機構１３０は、本実施例では、図１、図３及び図４に示すように、梃子の構造を有し、一対の基部１３２と、作用部１３４と、傾斜部１３６とを有する。ここで、図３は、容器１０２を傾斜した状態を示す概略平面図であり、図４は、容器１０２を傾斜した状態を示す概略断面図である。図３においては、所定方向はＲ方向であり、これは、細胞Ｃと吸引口１１２ｂとを結んだ直線に整列している。
【００２６】
一対の基部１３２は、本実施例では、直方体と略半円筒を組み合わせた形状を有し、基台１０６上に固定されている。一対の基部１３２の間にはシャフト１３３が固定され、シャフト１３３の周りに作用部１３４が回転自在に設けられている。もちろんシャフト１３３を基部１３２の周りに回転自在に保持して作用部１３４をシャフト１３３に回転不能に設けてもよい。作用部１３４には容器１０２の傾斜時に力が加えられる作用点として機能し、本実施例では平板形状を有するが、これに限定されるものではない。傾斜部１３６は、容器１０２を傾斜させる力点であり、本実施例では平板形状を有するが、これに限定されるものではない。初期状態では、傾斜部１３６の基台１０６からの傾斜角度は０であり、図４において傾斜部１３６と基台１０６は接触している。傾斜部１３６は容器１０２を傾斜させる時には、図４に示す接触部１３７において容器１０２と接触する。
【００２７】
例えば、図２に示すような位置に細胞Ｃがある場合、ポンプ１２２から吸引口１１２ｂの吸引を始めても、吸引口１１２ｂから細胞Ｃまでの距離が比較的大きいために素早く細胞Ｃ捕獲することはできない。そこで、図４に示すように、傾斜機構１３０が容器１０２を図３に示す直線Ｒに沿って傾斜させる。この結果、重力によって細胞Ｃを吸引口１１２ｂに転がすことができる。傾斜角度θは、本実施例では数度であり、可変である。
【００２８】
傾斜機構１３０は容器１０２を自動的に回転する機構（例えば、容器１０２を支持して基台１０６に対して回転可能な回転台）を含んでいてもよいし、容器１０２は手動で回転してもよい。この結果、傾斜方向Ｒに細胞Ｃと吸引口１１２ｂとを整列させることは容易となる。前者の一例としての傾斜機構１３０Ａを図５（ａ）、図５（ｂ）、及び、図６を参照して説明する。ここで、図５（ａ）は傾斜機構１３０Ａの概略平面図であり、図５（ｂ）は、傾斜機構１３０Ａの概略断面図である。図６は、傾斜機構１３０Ａを利用した場合の細胞Ｃの捕獲基材１１０上での移動を示す概略平面図である。
【００２９】
傾斜機構１３０Ａは、断面Ｕ字形状を有する支持部１３８と、支持部を傾斜部１３６に関して回転可能に取り付けるシャフト１３９とを更に有する点で傾斜機構１３０と相違する。この結果、傾斜機構１３０Ａは、傾斜角度θで容器１０２を傾斜することができると共に、傾斜方向αを変更することができる。傾斜機構１３０が容器１０２を傾斜させると細胞Ｃが重力により転がり始めるが、図６に示すように、細胞Ｃが吸引孔１１２ｂからずれた点線方向に転がり始めても支持部１３８をシャフト１３９回りに回転調整することによって実線方向に修正することができる。
【００３０】
以下、図７を参照して、図５及び図６に示す機構を自動化した細胞処理装置１００Ａについて説明する。ここで、図７は、細胞処理装置１００Ａの概略斜視図である。図７において、図１と同一の部材には同一の参照符号を付して説明を省略する。細胞処理装置１００Ａは、細胞処理装置１００と比較して、傾斜機構１３０Ｂ、検出部１５０、演算部１５０及び制御部１５２を有して傾斜機構の駆動を自動化した点が異なっている。
【００３１】
傾斜機構１３０Ｂは、作用部１３４に前進後退可能な接続部１４１を介して接続され、作用部１３４をシャフト１３３回りに回転させる駆動部１４０と、支持部１３８に前進後退可能な接続部１４６を介して接続され、支持部１３４をシャフト１３９回りに回転させる駆動部１４５とを有する。駆動部１４０及び１４５は、例えば、エアシリンダから構成される。
【００３２】
検出部１５０は、捕獲基材１１０を撮影する視野を有し、細胞Ｃと吸引口１１２ｂの状態を撮影することができる。検出部１５０は、例えば、ＣＣＤカメラから構成される。本実施例では、検出部１５０は連続的に検出を行っているが、所定間隔で検出を行ってもよい。
【００３３】
演算部１６０は、検出部１５０の検出結果により、細胞Ｃの位置（例えば、細胞Ｃの形状、大きさ、位置、移動の有無、移動方向）及び状態（例えば、細胞Ｃが吸引口１１２ｂに捕獲されているかどうか）を検出する画像処理機能を備えている。演算部１６０は、かかる検出結果に応じて傾斜部１３０Ｂによる傾斜方向と傾斜角度を算出する。なお、本実施例では、制御部１６０は画像処理機能を備えて演算部として機能するが、画像処理装置（演算部）を制御部１６０とは別体に設け、制御部１６０はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などから構成して画像処理装置とデータ通信を行ってもよい。また、駆動部１４０及び１４５の制御部も制御部１６０から独立して設けられてもよい。
【００３４】
以下、図８を参照して、細胞処理装置１００Ａの動作を説明する。ここで、図８は、細胞処理装置１００Ａの動作を示すフローチャートである。まず、制御部１６０は、検出部１５０による検出結果に基づいて、細胞Ｃの位置や吸引口１１２ｂの状態を検出し（ステップ１００２）、細胞Ｃが全ての吸引口１１２ｂで捕獲されているかどうかを判断する（ステップ１００４）。制御部１６０は、ステップ１００４で捕獲されていないと判断すれば、適切な移動速度と方向を細胞Ｃに与えるための角度θ０とα０を算出する（ステップ１００６）。角度θは作用部１３４の基台１０６に対する角度を表し、角度αは支持部１３８の傾斜部１３６に対する角度を表す。
【００３５】
次いで、制御部１６０は、算出された角度θ０とα０で傾斜機構１３０Ｂ（の駆動部１４０及び１４５）を制御する（ステップ１００８）。この結果、傾斜機構１３０Ｂが容器１０２を傾斜して細胞Ｃが、例えば、図６に示す点線矢印のように転がり始める。
【００３６】
再び、制御部１６０は、検出部１５０による検出結果に基づいて、細胞Ｃの位置や吸引口１１２ｂの状態を検出し（ステップ１０１０）、実際の細胞Ｃの移動速度及び方向を算出する（ステップ１０１２）。そして、制御部１６０は、かかる移動速度及び方向が適切であるかどうかを判断する（ステップ１０１４）適切であるかどうかの判断は、図３に示す細胞Ｃの移動方向Ｒが細胞Ｃの中心と吸引孔１１２ｂの中心を結んだ直線に一致しているかどうかで判断するが、これは多少ずれていてもよい。即ち、それぞれの中心からのずれの範囲は吸引口１１２ｂが細胞Ｃを吸引できる範囲に依存し、細胞Ｃの大きさや誘導速度などで変化する。本実施例における細胞Ｃの大きさと移動速度においては、それぞれの中心からのずれは細胞Ｃの直径の５倍、吸引口１１２ｂの直径の５倍まで許容する。
【００３７】
制御部１６０は、細胞Ｃの移動速度及び方向が適切であると判断すると（ステップ１０１４）、細胞Ｃが吸引口１１２ｂに捕獲されるまで（ステップ１０１６）、ステップ１００８の制御を維持する。細胞Ｃが吸引口１１２ｂに捕獲されると捕獲制御処理は終了し、その後、微小針を利用した注入処理がなされる。
【００３８】
一方、制御部１６０は、細胞Ｃの移動速度及び方向が適切ではないと判断すると（ステップ１０１４）、細胞Ｃの移動速度及び方向を修正角度θ１とα１に修正する（ステップ１０１８）。次いで、制御部１６０は、算出された角度θ１とα１で傾斜機構１３０Ｂ（の駆動部１４０及び１４５）を制御する（ステップ１０２０）。この結果、傾斜機構１３０Ｂが容器１０２を傾斜して細胞Ｃが、例えば、図６に示す実線矢印のように転がり始める。その後、処理はステップ１０１０に帰還する。かかる自動誘導処理によって捕獲効率は向上する。なお、本実施例では、吸引口１１２ｂのポンプ１２２による吸引も自動で行われる。
【００３９】
以下、図９乃至図１１を参照して、本発明の第３の実施例の細胞処理装置１００Ｂについて説明する。ここで、図９は、細胞処理装置１００Ａの概略斜視図である。図９において、図１と同一の部材には同一の参照符号を付して説明を省略する。細胞処理装置１００Ｂは、細胞処理装置１００と比較して、傾斜機構１３０とは異なる傾斜機構１３０Ｃを有する点が異なっている。傾斜機構１３０Ｃは、梃子を利用せずに、基台１０６上に固定されたレール機能を有する作用部１３２Ｃと、断面がほぼ三角形状を有して作用部１３２Ｃ上で図９に示すＲ方向に沿って移動可能な傾斜部１３６Ｃを有する。傾斜部１３６Ｃは、傾斜面１３７Ｃで容器１０２と接触する。
【００４０】
傾斜機構１３０Ｃは、容器１０２をＲ方向に所定角度だけ傾斜させる機能を有する。Ｒ方向は、細胞Ｃを誘導する方向であり、傾斜部１３６ＣのＲ方向の移動は傾斜角度に対応する。初期状態では容器１０２は基台１０６に平行（水平）に維持されている。
【００４１】
傾斜機構１３０Ｃが容器１０２を傾斜した状態を図１０及び図１１に示す。ここで、図１０は、傾斜機構１３０ＣがＲ１方向に移動し、容器１０２を傾斜した状態を示す概略平面図であり、図１１は、その概略断面図である。図１０に示すように、細胞Ｃと吸引口１１２ｂはＲ方向に一致するように予めセットされている。容器１０２の傾斜の様子は図３及び図４と同様である。
【００４２】
図１２に、図５の変形例としての傾斜機構１３０Ｄを示す。図５と同一の部材には同一の参照番号を付している。ここで、図１２（ａ）は傾斜機構１３０Ｄの概略平面図であり、図１２（ｂ）は傾斜機構１３０Ｄの概略側面図である。傾斜機構１３０Ｄは、一対のレバー１７０と、一対のガイド１７２と、一の押さえ１７４とを有する。ガイド１７２は、レバー１７０によってＲ方向に駆動可能で、容器１０２をα方向に回転させる。ガイド１７２は図示しないレールなどの機構によってＲ方向にのみ移動するように構成されている。回転時には一対のガイド１７２は互い違いに移動する。図１２（ａ）において、時計回りに図示しない容器１０２を回転させようとする場合、例えば、上側のレバー１７０とガイド１７２はＲ２方向に駆動され、下側のレバー１７０とガイド１７２はＲ１方向に駆動される。押さえ１７４は、ガイド１７２を抑えると共にレバー１７０のＲ１方向の移動を規制する。かかる傾斜機構１３０Ｄも傾斜機構１３０と同様の作用を奏する。
【００４３】
以下、図１３乃至図１８を参照して、本発明の第４の実施例の細胞処理装置１００Ｃについて説明する。ここで、図１３は、細胞処理装置１００Ｃの概略ブロック図である。細胞処理装置１００Ｃは、捕獲基材１１０Ａと制御部１６０Ａと誘導部１８０とを有する点において細胞処理装置１００Ａと相違する。
【００４４】
即ち、捕獲基材１１０Ａに吸引部１２０が接続されて吸引口１１２ｂが設けられている点は細胞処理装置１００Ａと同様であるが、捕獲基材１１０Ａには更に接続口１１４ａと誘導口１１４ｂが設けられ、接続口１１４ａには誘導部１８０が接続されている。
【００４５】
捕獲基材１１０Ａにおいて、後述する図１５及び図１６に示すように、複数の吸引口１１２ｂと誘導口１１４ｂはそれぞれマトリックス状に配置され、複数の吸引口１１２ｂと複数の誘導口１１４ｂとは対角方向にずれている。吸引口１１２ｂは細胞Ｃを吸引するためのもので、必要があれば、処理済の細胞Ｃを吐出したり、細胞Ｃを所望の吸引口１１２ｂに導入するために吐出したりしてもよい。一方、誘導口１１４ｂは、細胞Ｃを所望の吸引口１１２ｂに導入するために吸引及び吐出を行う。
【００４６】
本実施例では、誘導口１１４ｂの構成は、吸引口１１２ｂと同様に、捕獲基材１１０Ａの上面にほぼ垂直に開口する形状を有する。吸引口１１２ｂが捕獲基材１１０Ａの上面にほぼ垂直に開口しているのは細胞Ｃを固定しやすいからであるが、誘導口１１４ｂは細胞Ｃを誘導できれば足りる。従って、代替的な実施例では、誘導口１１４ｂが一定方向に強い吸引力や吐出力を加えられるように、誘導口１１４ｂを捕獲基材１１０Ａの上面に斜めに配置したり、誘導口１１４ｂを捕獲基材１１０Ａの上面にほぼ垂直に開口するように設けてその周りの一定領域に遮蔽壁を立設したりしてもよい。更に、このような一定方向に強い吸引力や吐出力を加えることが可能な誘導口１１４ｂを捕獲基材１１０Ａに対して回転可能に構成し、上記一定方向を制御部１６０Ａにより変更可能としてもよい。このように誘導口１１４ｂからの力の方向を限定することにより、かかる力が等方的に広がって他の細胞Ｃの誘導に悪影響を与えることを防止することができる。
【００４７】
制御部１６０Ａは、検出部１５０と複数のポンプ１２２に接続され、検出部１５０の検出結果に基づいて吸引部１２０を駆動制御する点は細胞処理装置１００Ａと同様であるが、制御部１６０Ａには誘導部１８０が更に接続され、検出部１５０の検出結果に基づいて誘導部１８０を駆動制御する点において細胞処理装置１００Ａと異なる。図１３は、吸引部１２０を省略し、検出部１５０と制御部１６０Ａと誘導部１８０との関係のみを示している。
【００４８】
図１３に示すように、制御部１６０Ａは、ＰＣなどから構成され、検出部１５０から送られる画像情報を格納する画像メモリ１６２と、画像情報から吸引部１２０及び誘導部１８０を制御するための処理を行うための画像処理部１６４とを有する。画像処理部１６４では、細胞検出、目標ベクトルの算出、誘導吐出条件の算出、駆動情報へ変換を行い、かかる駆動情報に基づいて誘導部１８０を制御する。
【００４９】
誘導部１８０は、吸引部と同様の構成を有し、本実施例では、４組のアクチュエータ１８２と、シリンダ１８４と、プランジャ１８６と、配管１８８とを含むが、組数は例示的である。アクチュエータ１８２はプランジャ１８６を図１３の左右方向に駆動する。プランジャ１８６は、シリンダ１８４の軸に接続されてシリンダ１８４の軸方向に移動すると共に液体Ｌを吐出か圧力を印加する。アクチュエータ１８２がプランジャ１８６を図３１の左方向に駆動すれば、配管１８８を通じて陽圧が液体Ｌ（中の細胞Ｃ）に作用し、アクチュエータ１８２がプランジャ１８６を図１３の右方向に駆動すれば、配管１８８を通じて陰圧が液体Ｌ（中の細胞Ｃ）に作用する。
【００５０】
以下、図１４乃至図１６を参照して、細胞処理装置１００Ｃの動作について説明する。ここで、図１４は、細胞処理装置１００Ｃの動作を説明するためのフローチャートである。まず、制御部１６０の画像処理部１６４は、検出部１５０から細胞群の映像を画像メモリ１６２を介して取得する（ステップ１１０２）。
【００５１】
次に、画像処理部１６４は、未吸引の細胞群の中心（領域中心や重心）及び未吸引の吸引口群の中心（領域中心や重心）を算出する（ステップ１１０４、１１０６）。細胞群の中心とは細胞群全体を移動するための基準点であり、吸引口群の中心とは細胞群全体が到達すべき基準点である。また、図１５に示すように、細胞群の領域中心とは細胞群が分布している矩形領域Ｅの中心Ｅ１であり、吸引口群の領域中心とは吸引口群が分布している矩形領域Ｆの中心Ｆ１である。ここで、図１５は、未吸引の細胞群と吸引口１１２ｂの領域中心の設定を説明するための概略平面図である。なお、領域の形状は必ずしも矩形に限定されず任意の形状（菱形など）を設定することができる。同様に、図１６に示すように、細胞群の重心とは細胞群が存在する領域Ｇの重心Ｇ１であり、吸引口群の重心とは吸引口群が存在する領域Ｈの重心Ｈ１であり、これらの重心は慣性主軸が直交する点である。例えば、重心Ｇ１は、適当な形状を有する領域Ｇ（ここでは長さＬｌと幅ＬＷを有する）を適当に設定してそこに存在する細胞Ｃの分布から算出される。ここで、図１６は、未吸引の細胞群と吸引口群の領域の重心の設定を説明するための概略平面図である。
【００５２】
次いで、制御部１６０は、ステップ１１０４及び１１０６で求めた２つの中心から図１５及び図１６に矢印で示すように、細胞群を移動するためのベクトルを設定する（ステップ１１０８）。そして、かかるベクトルに基づいて誘導部１８０による誘導条件（即ち、誘導部１８０による誘導口１１４ｂの吸引及び吐出の方向と吸引力及び吐出力）を算出する（ステップ１１１０）。誘導条件は、誘導部１８０が作成する液体中の流れが細胞群を移動するためのベクトルに一致するように設定される。また、液体中の流れの流速は、吸引口が吸引可能な速度に設定される。かかる流速や誘導条件は予めシミュレーションによって求めて図示しないメモリに格納され、制御部１６０は細胞群と吸引口群の中心を取得した後でかかるメモリを参照して誘導条件を取得してもよい。次いで、制御部１６０は、誘導条件に基づいて誘導部１８０を動作制御して液体中に流れを発生させる（ステップ１１１２）。
【００５３】
本実施例では、誘導部１８０を使用したが、図１７に示すように、容器１０２Ａに直交二方向に液体Ｌを吐出及び吸引するチューブ１９０を設け、容器１０２Ａに液体導入・排出口１０３を設けてもよい。かかる実施例では、チューブ１９０からの液体Ｌの吐出及び吸引を制御することによって容器１０２Ａ内に図１７に示す流れを形成することになる。
【００５４】
次いで、制御部１６０は、検出部１５０による検出結果に基づいて、細胞群が移動を開始したかどうかを細胞群の中心が移動したかどうか判断し（ステップ１１１４）、細胞群が移動しなければ誘導条件を変更する（ステップ１１１６）。また、制御部１６０は、細胞群が移動したと判断した場合（ステップ１１１４）、それが、ベクトルにほぼ沿った所定の方向かどうかを判断し（ステップ１１１８）、ほぼ沿っていないと判断すれば誘導条件を変更する（ステップ１１２０）。この場合、制御部１６０は、所定の方向とベクトルとのずれが許容範囲かどうかを判断するが、かかる許容範囲はユーザーが自由に決定することができる。なお、なお、細胞群を誘導する際に、未捕獲の複数の吸引口の分布形状や大きさに合わせて制御部１６０は誘導力を調節することができる。これは、細胞群は誘導中に最初の分布を維持せず、また、未捕獲の吸引口も物体を吸引することによって分布を維持しないため、誘導方向と誘導力の制御を連続的に行うことによってより効率的な捕獲処理を行うことができるからである。
【００５５】
制御部１６０は、細胞群の移動が所定の方向に沿っていると判断すれば（ステップ１１１８）、細胞群が停止したかどうかを判断する（ステップ１１２２）。次いで、制御部１６０は、全ての細胞群が捕獲・吸引されたかどうかを判断し（ステップ１１２４）、全ての細胞群が捕獲されていなければ（ステップ１１２４）、ステップ１１０２に帰還する。一方、制御部１６０は、全ての細胞群が捕獲されたと判断すれば（ステップ１１２４）、ＤＮＡの注入など所定の処理を細胞Ｃに施す（ステップ１１２６）。
【００５６】
例えば、図示しない注入装置が、細胞Ｃの細胞膜に穿孔して微小針（キャピラリ）を介して遺伝子溶液及び薬剤溶液を注入する。微小針が遺伝子溶液及び薬剤溶液を細胞Ｃに注入するタイミング、注入量、注入角度、注入深さなどは注入装置の制御部によって制御される。微小針は、細胞Ｃを穿孔するのに十分な鋭利な先端部を有し、その直径は、例えば、１μｍ程度である。このようなインジェクション方式を採用することによって、細胞と導入物質の組合せの制限を受けずに、注入の成功率を高めることができる。
【００５７】
以上説明したように、本実施例によれば、複数の吸引口群に細胞群を誘導することができ、捕獲処理の効率を向上することができる。また、細胞処理装置はインジェクション方式を採用しているので、細胞と導入物質の組合せの制限を受けず、また、注入の成功率を高く維持することができる。
【００５８】
上述の実施例は、図１など他の実施例にも適用可能であることはいうまでもない。
【００５９】
以上、本発明の好ましい実施例を説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、様々な変形及び変更が可能である。例えば、液体Ｌに流れを付与して細胞Ｃを誘導する手段は扇風機などの送風手段であってもよい。送風方向や送風力を調節可能とすれば上述の傾斜機構１３０と同様の作用を奏する。
【００６０】
本発明は更に以下の事項を開示する。
【００６１】
（付記１） 液体中に浮遊する複数の微小物体を捕獲するための捕獲装置であって、それぞれ各物体を吸引可能な複数の吸引口を有する捕獲部と、前記複数の物体を前記吸引口に誘導する流れを前記液体中に形成する誘導部を有することを特徴とする捕獲装置。（１）
（付記２） 前記捕獲装置は、前記液体と前記複数の微小物体を収納する容器を更に有し、前記誘導部は、前記容器を傾斜させる手段を含むことを特徴とする付記１記載の捕獲装置。（２）
（付記３） 前記誘導部は、前記容器を回転する手段を含むことを特徴とする付記２記載の捕獲装置。
【００６２】
（付記４） 前記誘導部は、前記物体に対して送風する手段を含むことを特徴とする付記１記載の捕獲装置。
【００６３】
（付記５） 前記誘導部は、前記液体の吸引及び吐出が可能な、前記物体を前記吸引口のうちの所定の吸引口に誘導する誘導口を含むことを特徴とする付記１記載の捕獲装置。（３）
（付記６） 前記誘導部は、直交する２方向に前記流れを形成することを特徴とする付記１記載の捕獲装置。
【００６４】
（付記７） 前記吸引口と前記物体を検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づいて前記誘導部が前記物体を誘導すべき方向及び／又は誘導力を決定する制御部とを更に有することを特徴とする付記１記載の捕獲装置。（４）
（付記８） 前記制御部は、前記物体を誘導中に前記方向及び／又は誘導力を調節することを特徴とする付記７記載の捕獲装置。
【００６５】
（付記９） 前記吸引口と前記物体を検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づいて前記誘導部が前記物体を傾斜すべき方向と角度を決定する制御部とを更に有することを特徴とする付記２記載の捕獲装置。
【００６６】
（付記１０） 前記吸引口と前記物体を検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づいて前記誘導口の吸引及び吐出の方向と吸引力及び吐出力を決定する制御部とを更に有することを特徴とする付記２記載の捕獲装置。
【００６７】
（付記１１） 液体中に浮遊する複数の微小物体を捕獲するための捕獲方法であって、前記複数の微小物体が存在する領域の第１の中心と、それぞれ各物体を吸引可能な複数の吸引口のうち前記物体を吸引していない複数の吸引口が存在する領域の第２の中心を算出するステップと、前記第１の中心から前記第２の中心への流れを前記液体に形成するステップとを有することを特徴とする捕獲方法。（５）
（付記１２） 前記第１の中心は、前記吸引口に吸引されていない前記複数の微小物体が存在する矩形領域の中心であることを特徴とする付記１１記載の捕獲方法。
【００６８】
（付記１３） 前記第１の中心は、前記吸引口に吸引されていない前記複数の微小物体の重心であることを特徴とする付記１１記載の捕獲方法。
【００６９】
（付記１４） 前記第２の中心は、前記物体を吸引していない前記複数の吸引口が存在する矩形領域の中心であることを特徴とする付記１１記載の捕獲方法。
【００７０】
（付記１５） 前記第２の中心は、前記物体を吸引していない前記複数の吸引口の重心であることを特徴とする付記１１記載の捕獲方法。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施例としての細胞処理装置の概略斜視図である。
【図２】図１に示す細胞処理装置の捕獲部の概略平面図である。
【図３】図１に示す細胞処理装置の動作の一例を示す概略平面図である。
【図４】図３に示す細胞処理装置の概略断面図である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図１に示す細胞処理装置の傾斜機構の変形例の概略平面図及び概略断面図である。
【図６】図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す傾斜機構の動作を説明するための概略平面図である。
【図７】本発明の第２の実施例としての細胞処理装置の概略斜視図である。
【図８】図７に示す細胞処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第３の実施例としての細胞処理装置の概略斜視図である。
【図１０】図９に示す細胞処理装置の動作の一例を示す概略平面図である。
【図１１】図１０に示す細胞処理装置の概略断面図である。
【図１２】図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す傾斜機構の変形例の概略平面図及び概略断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施例としての細胞処理装置の概略斜視図である。
【図１４】図１３に示す細胞処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図１５】図１４における細胞群及び吸引口群の中心の算出方法を説明するための概略平面図である。
【図１６】図１４における細胞群及び吸引口群の中心の別の算出方法を説明するための概略平面図である。
【図１７】液体中に流れを形成する他の方法を説明するための概略斜視図である。
【符号の説明】
【００７２】
１００、１００Ａ−Ｃ 細胞処理装置
１０２ 容器
１２０、１２０Ａ 吸引部
１３０、１３０Ａ−Ｄ 傾斜機構
１５０ 検出部
１６０ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中に拡散させた微小な浮遊物体の捕獲に関する。本発明は、例えば、医療分野において、白血球が持つ抗体生成など、生体細胞の反応を使った創薬システムにおいて微小浮遊細胞を捕獲する捕獲装置及び方法に好適である。ここで、創薬システムとは、一般には、細胞内に外来の遺伝子溶液及び薬剤溶液を微小針を用いて注入するなどの処理を施し、その後に、各細胞を培養し、個別的に評価又は処理（スクリーニングや抗体抽出など）するためのシステムをいう。
【背景技術】
【０００２】
近年、再生医療やゲノム創薬等の分野において、遺伝子及び薬剤を導入した細胞を利用する機会が増加している。このような医療用途では、研究用途とは異なり、細胞と導入物質の組合せを予め決定し、単一細胞について効果発現の有無を観察するなど、各細胞の個別的評価が必要となる。また、医療用途では、大量の細胞の処理に対して所定のスループットを維持することが要求される。
【０００３】
遺伝子注入の方法としては、ベクター法などの生物的手法、トランスフェクションなどの化学的手法、電気穿孔法、パーティクルガン、インジェクションなどの物理的手法がある。このうち生物的手法や化学的手法は細胞と導入物質の組合せに制限があるために医療用途には適さない。一方、物理的手法は、細胞と注入物質の組合せの制限を受けない方法として知られており、特に、インジェクション法（例えば、特許文献１及び２を参照のこと）は、人工授精に広く使われているように、高い注入成功率を有して遺伝子注入方法として有力視されている。従来のインジェクション法は、熟練作業者が細胞にダメージを最低限に抑えた状態で顕微鏡を利用して針先から物質を細胞に導入する。細胞が、シャーレ中で自由に移動可能であると注入作業が困難になるため、微細孔の空いた膜をフィルターの裏から多数の細胞を一括して吸引及び固定する方法が提案されている（例えば、特許文献３を参照のこと）。
【特許文献１】特開平８−３３４７７号公報
【特許文献２】特開２０００−２３６５７号公報
【特許文献３】特開平２−１１７３８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献３による細胞の一括吸着方法では、全ての吸引口に対して細胞がほぼ等距離にあるときは細胞を同時に吸引して作業性が向上するが、細胞の分布が吸引口間でばらついていれば、所定時間の吸引の結果、ある吸引口には細胞が吸引されるが、他の吸引口には細胞が吸引されないことになる。すると、全ての吸引口に細胞が吸引されてそれらに物質が注入されるまで吸引を継続しなければならない。長時間の吸引を行うことにより細胞が吸引口内に引きずり込まれて損傷するおそれがある。また、注入が終わった細胞だけを順次個別的に次段の後処理に回すこともできず処理の効率が悪い。一方、細胞の吸引口における吸引時間を一定にして細胞の損傷を防止しようとすれば細胞を吸引しない吸引口が存在することになり、スループットが低下する。この点、レーザーピンセットと呼ばれる細胞誘導技術も提案されているが、レーザーピンセット細胞を一つずつ誘導するためスループットを劇的に向上しない。
【０００５】
そこで、本発明は、細胞と導入物質の組合せの制限を受けず、成功率の高いインジェクション方式を採用しながら、作業の効率性を改善する捕獲装置及び方法を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての捕獲装置は、液体中に浮遊する複数の微小物体を捕獲するための捕獲装置であって、それぞれ各物体を吸引可能な複数の吸引口を有する捕獲部と、前記複数の物体を前記吸引口に誘導する流れを前記液体中に形成する誘導部を有することを特徴とする。かかる捕獲装置は、誘導部が複数の物体を誘導する流れを形成し、個別的誘導よりも捕獲の効率を上げている。
【０００７】
前記捕獲装置は、前記液体と前記複数の微小物体を収納する容器を更に有し、前記誘導部は、前記容器を傾斜させる手段を含んでもよい。あるいは、前記誘導部は、前記物体に対して送風する手段やその他の流れを形成する手段であってもよい。前記誘導部は、直交する２方向に前記流れを形成してもよい。これにより、２次元的に物体を誘導することができる。
【０００８】
前記捕獲装置は、前記吸引口と前記物体を検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づいて前記誘導部が前記物体を誘導すべき方向及び／又は誘導力を決定する制御部とを更に有してもよい。例えば、容器を傾斜される実施例では、前記捕獲装置は、前記吸引口と前記物体を検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づいて前記誘導部が前記物体を誘導すべき方向と角度を決定する制御部とを更に有してもよい。これにより、物体の誘導を自動的に行うことができる。特に、制御部は、吸引口が確実に吸引できるように、誘導方向に加えて誘導力（例えば、容器の傾斜角や送風力）を調節することができるために、捕獲の効率が向上する。なお、未捕獲の複数の物体を誘導する際に、未捕獲の複数の吸引口の分布形状や大きさに合わせて制御部は誘導力を調節することができる。これは、物体は誘導中に最初の分布を維持せず、また、未捕獲の吸引口も物体を吸引することによって分布を維持しないため、誘導方向と誘導力の制御を連続的に行うことによってより効率的な捕獲処理を行うことができるからである。
【０００９】
本発明の別の側面としての捕獲方法は、液体中に浮遊する複数の微小物体を捕獲するための捕獲方法であって、前記複数の微小物体が存在する領域の第１の中心と、それぞれ各物体を吸引可能な複数の吸引口のうち前記物体を吸引していない複数の吸引口が存在する領域の第２の中心を算出するステップと、前記第１の中心から前記第２の中心への流れを前記液体に形成するステップとを有することを特徴とする。かかる捕獲方法によれば、物体を第１の中心（例えば、未捕獲の複数の物体が存在する矩形領域の中心や未捕獲の複数の物体の重心）から第２の中心（例えば、未捕獲の複数の吸引口が存在する矩形領域の中心や未捕獲の複数の吸引口の重心）に移動させて複数の物体を効率的に吸引口に捕獲することができる。なお、ここで、「第１の中心」は第１の中心及びその近傍（例えば、第１の中心から物体の直径の５倍程度の範囲）は含む趣旨であり、「第２の中心」は第１の中心及びその近傍（例えば、第２の中心から吸引口の直径の５倍程度の範囲）は含む趣旨である。近傍の範囲は吸引口が細胞を吸引できる範囲であり、細胞の誘導速度との関係で変化する。
【００１０】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、細胞と導入物質の組合せの制限を受けず、成功率の高いインジェクション方式を採用しながら、作業の効率性を改善する捕獲装置及び方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の第１の実施例の細胞処理装置１００について説明する。細胞処理装置１００は、本発明に適用可能な微小物体に対して所定の処理（例えば、微小針（キャピラリ）を用いた物体の注入処理）を施す。微小物体は、液体（例えば、細胞懸濁液及び培地）Ｌに分散し、浮遊可能な細胞Ｃである。ここで、図１は、細胞処理装置１００の概略斜視図である。細胞処理装置１００は、図１に示すように、シャーレなどの容器１０２と、支持部１０４と、基台１０６と、捕獲基材１１０と、吸引部１２０と、傾斜機構１３０とを有する。
【００１３】
容器１０２は、液体Ｌ及びそれに浮遊する複数の細胞Ｃを収納する円筒形状の水槽であり、例えば、プラスチックから構成される。容器１０２は流路であっても構わない。容器１０２には、細胞Ｃ及び液体Ｌが供給される図示しない一又は複数の供給部に接続されている。容器１０２に満たされる液体Ｌの量は、通常時は細胞Ｃが捕獲基材１１０に接触せずに浮遊することができ、吸引時には細胞Ｃが捕獲基材１１０上に拘束される量である。また、後述する吸引口１１２ｂから液体Ｌは捕獲基材１１０内に流入するため、その後も細胞Ｃが捕獲基材１１０に接触せずに浮遊することができるのに十分な量が容器１０２に供給される必要がある。例えば、容器１０２には液体Ｌの高さを検知するセンサが設けられ、液体の量が一定の高さ以下になった場合には図示しない供給部から液体Ｌが供給される構成としてもよい。また、容器１０２は、後述する捕獲部によって捕獲された複数の細胞に微小針を用いて所定の物質を注入する図示しない処理部が接続可能である。更に、容器１０２には、ＤＮＡなどの所定の物質が注入された細胞（即ち、処理済の細胞）を後段の回収部に搬送する流路が接続されていてもよい。
【００１４】
支持部１０４は、容器１０２の底部の一部を支持する底部支持部１０４ａと容器１０２の側部の一部を支持する側部支持部１０４ｂとを有する。底部支持部１０４ａと側部支持部１０４ｂとは、それぞれ平板形状を有し、本実施例では、図１に示すように断面Ｌ字形状を構成する。支持部１０４は、容器１０２を傾斜可能に（回転可能に）支持し、基台１０６と一体的に構成されてもよい。支持部１０４は、容器１０２のＷ方向の移動を制限する制限部材を有することが好ましい。これにより、容器１０２が傾斜中にＷ方向に転がって支持部１０４から外れることを防止することができる。
【００１５】
基台１０６は、支持台１０４を固定すると共に傾斜機構１３０を回転自在に支持する。
【００１６】
捕獲基材１１０は、容器１０２の内面に適合する円筒形状の部材であり、吸引部１２０と共に捕獲部として機能する。捕獲基材１１０は、液体Ｌ及び細胞Ｃよりも比重が大きく、液体Ｌを汚染しない材料（例えば、プラスチック）から構成される。捕獲基材１１０は、容器１０２の内面に適合するので、容器１０２内で捕獲基材１１０が移動することはない。これにより、配管１２４の移動を防止することができ、吸引動作を安定化することができる。また、かかる構造により、容器１０２と捕獲部材１１０との間には液体Ｌが入らない。なお、捕獲基材１１０は、容器１０２の一部であってもよい。捕獲基材１１０は、複数の接続口１１２ａと、複数の吸引口１１２ｂと、複数のトンネル１１４とを有するが、図１はそれぞれ一つしか示していない。
【００１７】
接続口１１２ａは吸引部１２０の配管１２４が接続される穴である。接続口１１２ａの内面にはネジ切りされ、配管１２４の外面のネジ山に適合するように構成されてもよい。これにより、配管１２４が動作中に捕獲基材１１０から分離することを防止することができる。
【００１８】
吸引口１１２ｂは細胞Ｃを吸引及び捕獲するためのφ数μｍ程度の複数の穴である。吸引口１１２ｂの数は同時に捕獲可能な細胞の最大数である。予め吸引口１１２ｂを碁盤の目のように自動機で取り扱い易い配置にしておけば、例えば、ＤＮＡの注入などの後工程を自動化にスループットが低下することを防止することができる。
【００１９】
トンネル１１４は、図２に示すように、接続口１１２ａと吸引口１１２ｂを連通する、例えば、Ｕ字形状の穴である。ここで、図２は、捕獲基材１１０と吸引部１２０との関係を示す概略平面図である。トンネル１１４の形状は例示的であり、例えば、接続口１１２ａが捕獲基材１１０の底面に形成されれば、トンネル１１４は直線形状になる。
【００２０】
吸引部１２０は、細胞Ｃの吸引・吐出、液体Ｌの吐出が可能であり、本実施例では複数のポンプ１２２とそれに対応した数の配管１２４とを含むが、図１は便宜上一のポンプ１２２と配管１２４のみを示している。本実施例のように、吸引部１２０は、吸引口１１２ｂの数に対応した数のポンプ１２２を有してもよいし、各吸引口１１２ｂに制御弁が設けられていれば、少なくとも一つのポンプ１２２が設けられていれば足りる。本実施例では、捕獲部は捕獲基材１１０と吸引部１２０から構成されているが、捕獲基材１１０を設けるかどうかは選択的である。例えば、吸引部１２０の配管１２４をトンネル１１４の形状に倣ってＵ字形状にするなどである。吸引口１１２ｂの吐出機能により、ある吸引口１１２ｂを、目的の吸引口１１２ｂに細胞Ｃを誘導する誘導部として機能させることができる。また、複数の細胞Ｃが凝集している場合にそれに近接した吸引口１１２ｂから圧力を印加することによって細胞を分散させることができる。
【００２１】
ポンプ１２２は、少なくとも吸引が可能（好ましくは吐出も可能）であればその種類は問わない。例えば、シリンダとその軸方向に摺動可能なプランジャよりなる吸引／吐出装置であってもよい。また、本実施例では、ポンプ１２２の吸引力、吐出力は調節可能としている。細胞Ｃを損傷しない程度に捕獲する吸引力や処理済みの細胞Ｃを解放する吐出力はシミュレーションや実験で予め設定されているが、細胞Ｃを吸引口１１２ｂに引き寄せる際の吸引力や凝集した細胞Ｃを分散させるための液体Ｌの吐出力は調節可能であり、これにより、捕獲動作の効率を高めることができる。
【００２２】
配管１２４は、捕獲基材１１０の接続口１１２ａに接続され、弾性変形可能なチューブから構成されている。本実施例では、各ポンプ１２２は独立して動作可能である。配管１２４は直角に折れ曲がっているが、かかる形状は例示的である。また、吸引部１２０を捕獲基材１１０の下方に設ければ、接続口１１２ａは捕獲基材１１０の底面に形成される。但し、この場合は、液体Ｌがポンプ１２２に流入しないような手段を設ける必要がある。
【００２３】
かかる吸引部１２０によれば、複数の吸引口による細胞Ｃの吸引が独立して（例えば、手動で）動作可能であるので、長時間の吸引による細胞Ｃの損傷を防止することができる。各ポンプ１２２は独立して動作可能であるが同時に細胞Ｃを捕獲するように吸引動作を行ってもよいことはいうまでもない。図２に、捕獲・拘束されている細胞Ｃを示す。かかる状態で、作業者は、微小針を細胞Ｃに突き刺してＤＮＡなどの所定の物質を細胞Ｃに注入することができる。細胞Ｃが固定されているので作業性が向上する。
【００２４】
捕獲部は、注入済の細胞Ｃの、複数の吸引口１１２ｂによる捕獲を個別に解除して新しい細胞Ｃを捕獲して注入処理の効率やスループットを高めることができる。例えば、後工程の処理が終わった細胞Ｃを捕獲・拘束している中央の吸引口１１２ｂのみを個別に吸引停止又は吐出すれば、中央の細胞Ｃは自由に移動可能になるため、他の細胞移動手段（例えば、容器１０２を傾けるなど）で下に移動し、拘束されている他の細胞Ｃと分離することができる。これにより、細胞Ｃの処理・未処理などが識別できれば、一連の流れとして全体として自動化することができる。加えて、新しい細胞Ｃを目的の吸引口１１２ｂに個別に吸引して捕獲・拘束することもできる。
【００２５】
傾斜機構１３０は、容器１０２を所定方向に所定角度だけ傾斜させる機能を有する。所定方向は、細胞Ｃを誘導する方向であり、所定角度は重力によって細胞Ｃを誘導する誘導力に対応する。傾斜機構１３０は、本実施例では、図１、図３及び図４に示すように、梃子の構造を有し、一対の基部１３２と、作用部１３４と、傾斜部１３６とを有する。ここで、図３は、容器１０２を傾斜した状態を示す概略平面図であり、図４は、容器１０２を傾斜した状態を示す概略断面図である。図３においては、所定方向はＲ方向であり、これは、細胞Ｃと吸引口１１２ｂとを結んだ直線に整列している。
【００２６】
一対の基部１３２は、本実施例では、直方体と略半円筒を組み合わせた形状を有し、基台１０６上に固定されている。一対の基部１３２の間にはシャフト１３３が固定され、シャフト１３３の周りに作用部１３４が回転自在に設けられている。もちろんシャフト１３３を基部１３２の周りに回転自在に保持して作用部１３４をシャフト１３３に回転不能に設けてもよい。作用部１３４には容器１０２の傾斜時に力が加えられる作用点として機能し、本実施例では平板形状を有するが、これに限定されるものではない。傾斜部１３６は、容器１０２を傾斜させる力点であり、本実施例では平板形状を有するが、これに限定されるものではない。初期状態では、傾斜部１３６の基台１０６からの傾斜角度は０であり、図４において傾斜部１３６と基台１０６は接触している。傾斜部１３６は容器１０２を傾斜させる時には、図４に示す接触部１３７において容器１０２と接触する。
【００２７】
例えば、図２に示すような位置に細胞Ｃがある場合、ポンプ１２２から吸引口１１２ｂの吸引を始めても、吸引口１１２ｂから細胞Ｃまでの距離が比較的大きいために素早く細胞Ｃ捕獲することはできない。そこで、図４に示すように、傾斜機構１３０が容器１０２を図３に示す直線Ｒに沿って傾斜させる。この結果、重力によって細胞Ｃを吸引口１１２ｂに転がすことができる。傾斜角度θは、本実施例では数度であり、可変である。
【００２８】
傾斜機構１３０は容器１０２を自動的に回転する機構（例えば、容器１０２を支持して基台１０６に対して回転可能な回転台）を含んでいてもよいし、容器１０２は手動で回転してもよい。この結果、傾斜方向Ｒに細胞Ｃと吸引口１１２ｂとを整列させることは容易となる。前者の一例としての傾斜機構１３０Ａを図５（ａ）、図５（ｂ）、及び、図６を参照して説明する。ここで、図５（ａ）は傾斜機構１３０Ａの概略平面図であり、図５（ｂ）は、傾斜機構１３０Ａの概略断面図である。図６は、傾斜機構１３０Ａを利用した場合の細胞Ｃの捕獲基材１１０上での移動を示す概略平面図である。
【００２９】
傾斜機構１３０Ａは、断面Ｕ字形状を有する支持部１３８と、支持部を傾斜部１３６に関して回転可能に取り付けるシャフト１３９とを更に有する点で傾斜機構１３０と相違する。この結果、傾斜機構１３０Ａは、傾斜角度θで容器１０２を傾斜することができると共に、傾斜方向αを変更することができる。傾斜機構１３０が容器１０２を傾斜させると細胞Ｃが重力により転がり始めるが、図６に示すように、細胞Ｃが吸引孔１１２ｂからずれた点線方向に転がり始めても支持部１３８をシャフト１３９回りに回転調整することによって実線方向に修正することができる。
【００３０】
以下、図７を参照して、図５及び図６に示す機構を自動化した細胞処理装置１００Ａについて説明する。ここで、図７は、細胞処理装置１００Ａの概略斜視図である。図７において、図１と同一の部材には同一の参照符号を付して説明を省略する。細胞処理装置１００Ａは、細胞処理装置１００と比較して、傾斜機構１３０Ｂ、検出部１５０、演算部１５０及び制御部１５２を有して傾斜機構の駆動を自動化した点が異なっている。
【００３１】
傾斜機構１３０Ｂは、作用部１３４に前進後退可能な接続部１４１を介して接続され、作用部１３４をシャフト１３３回りに回転させる駆動部１４０と、支持部１３８に前進後退可能な接続部１４６を介して接続され、支持部１３４をシャフト１３９回りに回転させる駆動部１４５とを有する。駆動部１４０及び１４５は、例えば、エアシリンダから構成される。
【００３２】
検出部１５０は、捕獲基材１１０を撮影する視野を有し、細胞Ｃと吸引口１１２ｂの状態を撮影することができる。検出部１５０は、例えば、ＣＣＤカメラから構成される。本実施例では、検出部１５０は連続的に検出を行っているが、所定間隔で検出を行ってもよい。
【００３３】
演算部１６０は、検出部１５０の検出結果により、細胞Ｃの位置（例えば、細胞Ｃの形状、大きさ、位置、移動の有無、移動方向）及び状態（例えば、細胞Ｃが吸引口１１２ｂに捕獲されているかどうか）を検出する画像処理機能を備えている。演算部１６０は、かかる検出結果に応じて傾斜部１３０Ｂによる傾斜方向と傾斜角度を算出する。なお、本実施例では、制御部１６０は画像処理機能を備えて演算部として機能するが、画像処理装置（演算部）を制御部１６０とは別体に設け、制御部１６０はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などから構成して画像処理装置とデータ通信を行ってもよい。また、駆動部１４０及び１４５の制御部も制御部１６０から独立して設けられてもよい。
【００３４】
以下、図８を参照して、細胞処理装置１００Ａの動作を説明する。ここで、図８は、細胞処理装置１００Ａの動作を示すフローチャートである。まず、制御部１６０は、検出部１５０による検出結果に基づいて、細胞Ｃの位置や吸引口１１２ｂの状態を検出し（ステップ１００２）、細胞Ｃが全ての吸引口１１２ｂで捕獲されているかどうかを判断する（ステップ１００４）。制御部１６０は、ステップ１００４で捕獲されていないと判断すれば、適切な移動速度と方向を細胞Ｃに与えるための角度θ０とα０を算出する（ステップ１００６）。角度θは作用部１３４の基台１０６に対する角度を表し、角度αは支持部１３８の傾斜部１３６に対する角度を表す。
【００３５】
次いで、制御部１６０は、算出された角度θ０とα０で傾斜機構１３０Ｂ（の駆動部１４０及び１４５）を制御する（ステップ１００８）。この結果、傾斜機構１３０Ｂが容器１０２を傾斜して細胞Ｃが、例えば、図６に示す点線矢印のように転がり始める。
【００３６】
再び、制御部１６０は、検出部１５０による検出結果に基づいて、細胞Ｃの位置や吸引口１１２ｂの状態を検出し（ステップ１０１０）、実際の細胞Ｃの移動速度及び方向を算出する（ステップ１０１２）。そして、制御部１６０は、かかる移動速度及び方向が適切であるかどうかを判断する（ステップ１０１４）適切であるかどうかの判断は、図３に示す細胞Ｃの移動方向Ｒが細胞Ｃの中心と吸引孔１１２ｂの中心を結んだ直線に一致しているかどうかで判断するが、これは多少ずれていてもよい。即ち、それぞれの中心からのずれの範囲は吸引口１１２ｂが細胞Ｃを吸引できる範囲に依存し、細胞Ｃの大きさや誘導速度などで変化する。本実施例における細胞Ｃの大きさと移動速度においては、それぞれの中心からのずれは細胞Ｃの直径の５倍、吸引口１１２ｂの直径の５倍まで許容する。
【００３７】
制御部１６０は、細胞Ｃの移動速度及び方向が適切であると判断すると（ステップ１０１４）、細胞Ｃが吸引口１１２ｂに捕獲されるまで（ステップ１０１６）、ステップ１００８の制御を維持する。細胞Ｃが吸引口１１２ｂに捕獲されると捕獲制御処理は終了し、その後、微小針を利用した注入処理がなされる。
【００３８】
一方、制御部１６０は、細胞Ｃの移動速度及び方向が適切ではないと判断すると（ステップ１０１４）、細胞Ｃの移動速度及び方向を修正角度θ１とα１に修正する（ステップ１０１８）。次いで、制御部１６０は、算出された角度θ１とα１で傾斜機構１３０Ｂ（の駆動部１４０及び１４５）を制御する（ステップ１０２０）。この結果、傾斜機構１３０Ｂが容器１０２を傾斜して細胞Ｃが、例えば、図６に示す実線矢印のように転がり始める。その後、処理はステップ１０１０に帰還する。かかる自動誘導処理によって捕獲効率は向上する。なお、本実施例では、吸引口１１２ｂのポンプ１２２による吸引も自動で行われる。
【００３９】
以下、図９乃至図１１を参照して、本発明の第３の実施例の細胞処理装置１００Ｂについて説明する。ここで、図９は、細胞処理装置１００Ａの概略斜視図である。図９において、図１と同一の部材には同一の参照符号を付して説明を省略する。細胞処理装置１００Ｂは、細胞処理装置１００と比較して、傾斜機構１３０とは異なる傾斜機構１３０Ｃを有する点が異なっている。傾斜機構１３０Ｃは、梃子を利用せずに、基台１０６上に固定されたレール機能を有する作用部１３２Ｃと、断面がほぼ三角形状を有して作用部１３２Ｃ上で図９に示すＲ方向に沿って移動可能な傾斜部１３６Ｃを有する。傾斜部１３６Ｃは、傾斜面１３７Ｃで容器１０２と接触する。
【００４０】
傾斜機構１３０Ｃは、容器１０２をＲ方向に所定角度だけ傾斜させる機能を有する。Ｒ方向は、細胞Ｃを誘導する方向であり、傾斜部１３６ＣのＲ方向の移動は傾斜角度に対応する。初期状態では容器１０２は基台１０６に平行（水平）に維持されている。
【００４１】
傾斜機構１３０Ｃが容器１０２を傾斜した状態を図１０及び図１１に示す。ここで、図１０は、傾斜機構１３０ＣがＲ１方向に移動し、容器１０２を傾斜した状態を示す概略平面図であり、図１１は、その概略断面図である。図１０に示すように、細胞Ｃと吸引口１１２ｂはＲ方向に一致するように予めセットされている。容器１０２の傾斜の様子は図３及び図４と同様である。
【００４２】
図１２に、図５の変形例としての傾斜機構１３０Ｄを示す。図５と同一の部材には同一の参照番号を付している。ここで、図１２（ａ）は傾斜機構１３０Ｄの概略平面図であり、図１２（ｂ）は傾斜機構１３０Ｄの概略側面図である。傾斜機構１３０Ｄは、一対のレバー１７０と、一対のガイド１７２と、一の押さえ１７４とを有する。ガイド１７２は、レバー１７０によってＲ方向に駆動可能で、容器１０２をα方向に回転させる。ガイド１７２は図示しないレールなどの機構によってＲ方向にのみ移動するように構成されている。回転時には一対のガイド１７２は互い違いに移動する。図１２（ａ）において、時計回りに図示しない容器１０２を回転させようとする場合、例えば、上側のレバー１７０とガイド１７２はＲ２方向に駆動され、下側のレバー１７０とガイド１７２はＲ１方向に駆動される。押さえ１７４は、ガイド１７２を抑えると共にレバー１７０のＲ１方向の移動を規制する。かかる傾斜機構１３０Ｄも傾斜機構１３０と同様の作用を奏する。
【００４３】
以下、図１３乃至図１８を参照して、本発明の第４の実施例の細胞処理装置１００Ｃについて説明する。ここで、図１３は、細胞処理装置１００Ｃの概略ブロック図である。細胞処理装置１００Ｃは、捕獲基材１１０Ａと制御部１６０Ａと誘導部１８０とを有する点において細胞処理装置１００Ａと相違する。
【００４４】
即ち、捕獲基材１１０Ａに吸引部１２０が接続されて吸引口１１２ｂが設けられている点は細胞処理装置１００Ａと同様であるが、捕獲基材１１０Ａには更に接続口１１４ａと誘導口１１４ｂが設けられ、接続口１１４ａには誘導部１８０が接続されている。
【００４５】
捕獲基材１１０Ａにおいて、後述する図１５及び図１６に示すように、複数の吸引口１１２ｂと誘導口１１４ｂはそれぞれマトリックス状に配置され、複数の吸引口１１２ｂと複数の誘導口１１４ｂとは対角方向にずれている。吸引口１１２ｂは細胞Ｃを吸引するためのもので、必要があれば、処理済の細胞Ｃを吐出したり、細胞Ｃを所望の吸引口１１２ｂに導入するために吐出したりしてもよい。一方、誘導口１１４ｂは、細胞Ｃを所望の吸引口１１２ｂに導入するために吸引及び吐出を行う。
【００４６】
本実施例では、誘導口１１４ｂの構成は、吸引口１１２ｂと同様に、捕獲基材１１０Ａの上面にほぼ垂直に開口する形状を有する。吸引口１１２ｂが捕獲基材１１０Ａの上面にほぼ垂直に開口しているのは細胞Ｃを固定しやすいからであるが、誘導口１１４ｂは細胞Ｃを誘導できれば足りる。従って、代替的な実施例では、誘導口１１４ｂが一定方向に強い吸引力や吐出力を加えられるように、誘導口１１４ｂを捕獲基材１１０Ａの上面に斜めに配置したり、誘導口１１４ｂを捕獲基材１１０Ａの上面にほぼ垂直に開口するように設けてその周りの一定領域に遮蔽壁を立設したりしてもよい。更に、このような一定方向に強い吸引力や吐出力を加えることが可能な誘導口１１４ｂを捕獲基材１１０Ａに対して回転可能に構成し、上記一定方向を制御部１６０Ａにより変更可能としてもよい。このように誘導口１１４ｂからの力の方向を限定することにより、かかる力が等方的に広がって他の細胞Ｃの誘導に悪影響を与えることを防止することができる。
【００４７】
制御部１６０Ａは、検出部１５０と複数のポンプ１２２に接続され、検出部１５０の検出結果に基づいて吸引部１２０を駆動制御する点は細胞処理装置１００Ａと同様であるが、制御部１６０Ａには誘導部１８０が更に接続され、検出部１５０の検出結果に基づいて誘導部１８０を駆動制御する点において細胞処理装置１００Ａと異なる。図１３は、吸引部１２０を省略し、検出部１５０と制御部１６０Ａと誘導部１８０との関係のみを示している。
【００４８】
図１３に示すように、制御部１６０Ａは、ＰＣなどから構成され、検出部１５０から送られる画像情報を格納する画像メモリ１６２と、画像情報から吸引部１２０及び誘導部１８０を制御するための処理を行うための画像処理部１６４とを有する。画像処理部１６４では、細胞検出、目標ベクトルの算出、誘導吐出条件の算出、駆動情報へ変換を行い、かかる駆動情報に基づいて誘導部１８０を制御する。
【００４９】
誘導部１８０は、吸引部と同様の構成を有し、本実施例では、４組のアクチュエータ１８２と、シリンダ１８４と、プランジャ１８６と、配管１８８とを含むが、組数は例示的である。アクチュエータ１８２はプランジャ１８６を図１３の左右方向に駆動する。プランジャ１８６は、シリンダ１８４の軸に接続されてシリンダ１８４の軸方向に移動すると共に液体Ｌを吐出か圧力を印加する。アクチュエータ１８２がプランジャ１８６を図３１の左方向に駆動すれば、配管１８８を通じて陽圧が液体Ｌ（中の細胞Ｃ）に作用し、アクチュエータ１８２がプランジャ１８６を図１３の右方向に駆動すれば、配管１８８を通じて陰圧が液体Ｌ（中の細胞Ｃ）に作用する。
【００５０】
以下、図１４乃至図１６を参照して、細胞処理装置１００Ｃの動作について説明する。ここで、図１４は、細胞処理装置１００Ｃの動作を説明するためのフローチャートである。まず、制御部１６０の画像処理部１６４は、検出部１５０から細胞群の映像を画像メモリ１６２を介して取得する（ステップ１１０２）。
【００５１】
次に、画像処理部１６４は、未吸引の細胞群の中心（領域中心や重心）及び未吸引の吸引口群の中心（領域中心や重心）を算出する（ステップ１１０４、１１０６）。細胞群の中心とは細胞群全体を移動するための基準点であり、吸引口群の中心とは細胞群全体が到達すべき基準点である。また、図１５に示すように、細胞群の領域中心とは細胞群が分布している矩形領域Ｅの中心Ｅ１であり、吸引口群の領域中心とは吸引口群が分布している矩形領域Ｆの中心Ｆ１である。ここで、図１５は、未吸引の細胞群と吸引口１１２ｂの領域中心の設定を説明するための概略平面図である。なお、領域の形状は必ずしも矩形に限定されず任意の形状（菱形など）を設定することができる。同様に、図１６に示すように、細胞群の重心とは細胞群が存在する領域Ｇの重心Ｇ１であり、吸引口群の重心とは吸引口群が存在する領域Ｈの重心Ｈ１であり、これらの重心は慣性主軸が直交する点である。例えば、重心Ｇ１は、適当な形状を有する領域Ｇ（ここでは長さＬｌと幅ＬＷを有する）を適当に設定してそこに存在する細胞Ｃの分布から算出される。ここで、図１６は、未吸引の細胞群と吸引口群の領域の重心の設定を説明するための概略平面図である。
【００５２】
次いで、制御部１６０は、ステップ１１０４及び１１０６で求めた２つの中心から図１５及び図１６に矢印で示すように、細胞群を移動するためのベクトルを設定する（ステップ１１０８）。そして、かかるベクトルに基づいて誘導部１８０による誘導条件（即ち、誘導部１８０による誘導口１１４ｂの吸引及び吐出の方向と吸引力及び吐出力）を算出する（ステップ１１１０）。誘導条件は、誘導部１８０が作成する液体中の流れが細胞群を移動するためのベクトルに一致するように設定される。また、液体中の流れの流速は、吸引口が吸引可能な速度に設定される。かかる流速や誘導条件は予めシミュレーションによって求めて図示しないメモリに格納され、制御部１６０は細胞群と吸引口群の中心を取得した後でかかるメモリを参照して誘導条件を取得してもよい。次いで、制御部１６０は、誘導条件に基づいて誘導部１８０を動作制御して液体中に流れを発生させる（ステップ１１１２）。
【００５３】
本実施例では、誘導部１８０を使用したが、図１７に示すように、容器１０２Ａに直交二方向に液体Ｌを吐出及び吸引するチューブ１９０を設け、容器１０２Ａに液体導入・排出口１０３を設けてもよい。かかる実施例では、チューブ１９０からの液体Ｌの吐出及び吸引を制御することによって容器１０２Ａ内に図１７に示す流れを形成することになる。
【００５４】
次いで、制御部１６０は、検出部１５０による検出結果に基づいて、細胞群が移動を開始したかどうかを細胞群の中心が移動したかどうか判断し（ステップ１１１４）、細胞群が移動しなければ誘導条件を変更する（ステップ１１１６）。また、制御部１６０は、細胞群が移動したと判断した場合（ステップ１１１４）、それが、ベクトルにほぼ沿った所定の方向かどうかを判断し（ステップ１１１８）、ほぼ沿っていないと判断すれば誘導条件を変更する（ステップ１１２０）。この場合、制御部１６０は、所定の方向とベクトルとのずれが許容範囲かどうかを判断するが、かかる許容範囲はユーザーが自由に決定することができる。なお、なお、細胞群を誘導する際に、未捕獲の複数の吸引口の分布形状や大きさに合わせて制御部１６０は誘導力を調節することができる。これは、細胞群は誘導中に最初の分布を維持せず、また、未捕獲の吸引口も物体を吸引することによって分布を維持しないため、誘導方向と誘導力の制御を連続的に行うことによってより効率的な捕獲処理を行うことができるからである。
【００５５】
制御部１６０は、細胞群の移動が所定の方向に沿っていると判断すれば（ステップ１１１８）、細胞群が停止したかどうかを判断する（ステップ１１２２）。次いで、制御部１６０は、全ての細胞群が捕獲・吸引されたかどうかを判断し（ステップ１１２４）、全ての細胞群が捕獲されていなければ（ステップ１１２４）、ステップ１１０２に帰還する。一方、制御部１６０は、全ての細胞群が捕獲されたと判断すれば（ステップ１１２４）、ＤＮＡの注入など所定の処理を細胞Ｃに施す（ステップ１１２６）。
【００５６】
例えば、図示しない注入装置が、細胞Ｃの細胞膜に穿孔して微小針（キャピラリ）を介して遺伝子溶液及び薬剤溶液を注入する。微小針が遺伝子溶液及び薬剤溶液を細胞Ｃに注入するタイミング、注入量、注入角度、注入深さなどは注入装置の制御部によって制御される。微小針は、細胞Ｃを穿孔するのに十分な鋭利な先端部を有し、その直径は、例えば、１μｍ程度である。このようなインジェクション方式を採用することによって、細胞と導入物質の組合せの制限を受けずに、注入の成功率を高めることができる。
【００５７】
以上説明したように、本実施例によれば、複数の吸引口群に細胞群を誘導することができ、捕獲処理の効率を向上することができる。また、細胞処理装置はインジェクション方式を採用しているので、細胞と導入物質の組合せの制限を受けず、また、注入の成功率を高く維持することができる。
【００５８】
上述の実施例は、図１など他の実施例にも適用可能であることはいうまでもない。
【００５９】
以上、本発明の好ましい実施例を説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、様々な変形及び変更が可能である。例えば、液体Ｌに流れを付与して細胞Ｃを誘導する手段は扇風機などの送風手段であってもよい。送風方向や送風力を調節可能とすれば上述の傾斜機構１３０と同様の作用を奏する。
【００６０】
本発明は更に以下の事項を開示する。
【００６１】
（付記１） 液体中に浮遊する複数の微小物体を捕獲するための捕獲装置であって、それぞれ各物体を吸引可能な複数の吸引口を有する捕獲部と、前記複数の物体を前記吸引口に誘導する流れを前記液体中に形成する誘導部を有することを特徴とする捕獲装置。（１）
（付記２） 前記捕獲装置は、前記液体と前記複数の微小物体を収納する容器を更に有し、前記誘導部は、前記容器を傾斜させる手段を含むことを特徴とする付記１記載の捕獲装置。（２）
（付記３） 前記誘導部は、前記容器を回転する手段を含むことを特徴とする付記２記載の捕獲装置。
【００６２】
（付記４） 前記誘導部は、前記物体に対して送風する手段を含むことを特徴とする付記１記載の捕獲装置。
【００６３】
（付記５） 前記誘導部は、前記液体の吸引及び吐出が可能な、前記物体を前記吸引口のうちの所定の吸引口に誘導する誘導口を含むことを特徴とする付記１記載の捕獲装置。（３）
（付記６） 前記誘導部は、直交する２方向に前記流れを形成することを特徴とする付記１記載の捕獲装置。
【００６４】
（付記７） 前記吸引口と前記物体を検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づいて前記誘導部が前記物体を誘導すべき方向及び／又は誘導力を決定する制御部とを更に有することを特徴とする付記１記載の捕獲装置。（４）
（付記８） 前記制御部は、前記物体を誘導中に前記方向及び／又は誘導力を調節することを特徴とする付記７記載の捕獲装置。
【００６５】
（付記９） 前記吸引口と前記物体を検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づいて前記誘導部が前記物体を傾斜すべき方向と角度を決定する制御部とを更に有することを特徴とする付記２記載の捕獲装置。
【００６６】
（付記１０） 前記吸引口と前記物体を検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づいて前記誘導口の吸引及び吐出の方向と吸引力及び吐出力を決定する制御部とを更に有することを特徴とする付記２記載の捕獲装置。
【００６７】
（付記１１） 液体中に浮遊する複数の微小物体を捕獲するための捕獲方法であって、前記複数の微小物体が存在する領域の第１の中心と、それぞれ各物体を吸引可能な複数の吸引口のうち前記物体を吸引していない複数の吸引口が存在する領域の第２の中心を算出するステップと、前記第１の中心から前記第２の中心への流れを前記液体に形成するステップとを有することを特徴とする捕獲方法。（５）
（付記１２） 前記第１の中心は、前記吸引口に吸引されていない前記複数の微小物体が存在する矩形領域の中心であることを特徴とする付記１１記載の捕獲方法。
【００６８】
（付記１３） 前記第１の中心は、前記吸引口に吸引されていない前記複数の微小物体の重心であることを特徴とする付記１１記載の捕獲方法。
【００６９】
（付記１４） 前記第２の中心は、前記物体を吸引していない前記複数の吸引口が存在する矩形領域の中心であることを特徴とする付記１１記載の捕獲方法。
【００７０】
（付記１５） 前記第２の中心は、前記物体を吸引していない前記複数の吸引口の重心であることを特徴とする付記１１記載の捕獲方法。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施例としての細胞処理装置の概略斜視図である。
【図２】図１に示す細胞処理装置の捕獲部の概略平面図である。
【図３】図１に示す細胞処理装置の動作の一例を示す概略平面図である。
【図４】図３に示す細胞処理装置の概略断面図である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図１に示す細胞処理装置の傾斜機構の変形例の概略平面図及び概略断面図である。
【図６】図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す傾斜機構の動作を説明するための概略平面図である。
【図７】本発明の第２の実施例としての細胞処理装置の概略斜視図である。
【図８】図７に示す細胞処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第３の実施例としての細胞処理装置の概略斜視図である。
【図１０】図９に示す細胞処理装置の動作の一例を示す概略平面図である。
【図１１】図１０に示す細胞処理装置の概略断面図である。
【図１２】図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す傾斜機構の変形例の概略平面図及び概略断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施例としての細胞処理装置の概略斜視図である。
【図１４】図１３に示す細胞処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図１５】図１４における細胞群及び吸引口群の中心の算出方法を説明するための概略平面図である。
【図１６】図１４における細胞群及び吸引口群の中心の別の算出方法を説明するための概略平面図である。
【図１７】液体中に流れを形成する他の方法を説明するための概略斜視図である。
【符号の説明】
【００７２】
１００、１００Ａ−Ｃ 細胞処理装置
１０２ 容器
１２０、１２０Ａ 吸引部
１３０、１３０Ａ−Ｄ 傾斜機構
１５０ 検出部
１６０ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中に浮遊する複数の微小物体を捕獲するための捕獲装置であって、
それぞれ各物体を吸引可能な複数の吸引口を有する捕獲部と、
前記複数の物体を前記吸引口に誘導する流れを前記液体中に形成する誘導部を有することを特徴とする捕獲装置。
【請求項２】
前記捕獲装置は、前記液体と前記複数の微小物体を収納する容器を更に有し、
前記誘導部は、前記容器を傾斜させる手段を含むことを特徴とする請求項１記載の捕獲装置。
【請求項３】
前記誘導部は、前記液体の吸引及び吐出が可能な、前記物体を前記吸引口のうちの所定の吸引口に誘導する誘導口を含むことを特徴とする請求項１記載の捕獲装置。
【請求項４】
前記吸引口と前記物体を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて前記誘導部が前記物体を誘導すべき方向及び／又は誘導力を決定する制御部とを更に有することを特徴とする請求項１記載の捕獲装置。
【請求項５】
液体中に浮遊する複数の微小物体を捕獲するための捕獲方法であって、
前記複数の微小物体が存在する領域の第１の中心と、それぞれ各物体を吸引可能な複数の吸引口のうち前記物体を吸引していない複数の吸引口が存在する領域の第２の中心を算出するステップと、
前記第１の中心から前記第２の中心への流れを前記液体に形成するステップとを有することを特徴とする捕獲方法。
【請求項１】
液体中に浮遊する複数の微小物体を捕獲するための捕獲装置であって、
それぞれ各物体を吸引可能な複数の吸引口を有する捕獲部と、
前記複数の物体を前記吸引口に誘導する流れを前記液体中に形成する誘導部を有することを特徴とする捕獲装置。
【請求項２】
前記捕獲装置は、前記液体と前記複数の微小物体を収納する容器を更に有し、
前記誘導部は、前記容器を傾斜させる手段を含むことを特徴とする請求項１記載の捕獲装置。
【請求項３】
前記誘導部は、前記液体の吸引及び吐出が可能な、前記物体を前記吸引口のうちの所定の吸引口に誘導する誘導口を含むことを特徴とする請求項１記載の捕獲装置。
【請求項４】
前記吸引口と前記物体を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて前記誘導部が前記物体を誘導すべき方向及び／又は誘導力を決定する制御部とを更に有することを特徴とする請求項１記載の捕獲装置。
【請求項５】
液体中に浮遊する複数の微小物体を捕獲するための捕獲方法であって、
前記複数の微小物体が存在する領域の第１の中心と、それぞれ各物体を吸引可能な複数の吸引口のうち前記物体を吸引していない複数の吸引口が存在する領域の第２の中心を算出するステップと、
前記第１の中心から前記第２の中心への流れを前記液体に形成するステップとを有することを特徴とする捕獲方法。
【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】
【公開番号】特開２００６−１４９２２７（Ｐ２００６−１４９２２７Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４０６８５（Ｐ２００４−３４０６８５）
【出願日】平成１６年１１月２５日（２００４．１１．２５）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２５日（２００４．１１．２５）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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