細胞集合体選別取得装置及び細胞集合体の選別取得方法
【課題】 自動的に細胞集合体を選別取得する細胞集合体選別取得装置を提供
【解決手段】 細胞集合体選別取得装置１００は、定期的な培地交換の時間になると、テーブル１１１に載置されているマイクロプレート１０１のウェルを処理位置に配置させ、培地除去装置１３２を各ウェルの培地Ｍの内部に位置させ、ウェル内の培地Ｍを除去し、細胞集合体Ｃを一時的に培地Ｍから露出させる。そして、カメラ装置１３３を動作させて、細胞集合体画像を取得し、細胞集合体画像から細胞集合体の位置、大きさを判断する。そして、細胞集合体Ｃが所定以上の大きさであると判断すると、マイクロハンド１３４を用いて細胞集合体Ｃをウェルから取得し、収集トレイ１３５へ移動させる。これにより、所定の状態に培養された細胞集合体Ｃを自動的に取得できる。細胞集合体Ｃが所定の状態にないと判断すると、培地注入装置１３１によってウェルの内部に新しい培地Ｍを注入する。
【解決手段】 細胞集合体選別取得装置１００は、定期的な培地交換の時間になると、テーブル１１１に載置されているマイクロプレート１０１のウェルを処理位置に配置させ、培地除去装置１３２を各ウェルの培地Ｍの内部に位置させ、ウェル内の培地Ｍを除去し、細胞集合体Ｃを一時的に培地Ｍから露出させる。そして、カメラ装置１３３を動作させて、細胞集合体画像を取得し、細胞集合体画像から細胞集合体の位置、大きさを判断する。そして、細胞集合体Ｃが所定以上の大きさであると判断すると、マイクロハンド１３４を用いて細胞集合体Ｃをウェルから取得し、収集トレイ１３５へ移動させる。これにより、所定の状態に培養された細胞集合体Ｃを自動的に取得できる。細胞集合体Ｃが所定の状態にないと判断すると、培地注入装置１３１によってウェルの内部に新しい培地Ｍを注入する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集合体として培養した細胞集合体を取得する細胞集合体選別取得装置に関し、特に、自動的に所定の条件を満たすまで細胞集合体を培養し、所定の条件を満たした細胞集合体のみを選別して取得するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の培養した細胞を取得する装置である自動細胞培養装置について、図８〜図１０を用いて説明する。自動細胞培養装置は、細胞培養を行うための清浄空間を維持する筐体１０を備え、筐体１０内には、細胞培養に必要な機器類と、筐体１０内における各機器類間での培養器具の搬送を主に行う多関節型の操作ロボット１１とを備えている。
細胞培養に必要な機器類は、筐体１０の一の面である背面１０ａに平行な設置面１に沿って配置されている。機器類としては、インキュベータ１４、冷蔵保管庫１９、キャッパー５３、操作ステーション２０、テンポラリステーション９、チップスタンド８、及び遠心分離器７（図９）が配置されている。
【０００３】
自動細胞培養装置には、設置面１に沿って敷設された水平軸部材としてのレール１３と、レール１３に直交する方向に延伸する垂直軸部材としての昇降ポスト３とが設けられている。操作ロボット１１は昇降ポスト３の上端に取り付けられている。昇降ポスト３がレール１３に対して上下することにより、操作ロボット１１の上下の移動が可能となっている。また、昇降ポスト３がレール１３に沿って水平移動することにより、操作ロボット１１の水平移動が可能となっている。
【０００４】
操作ロボット１１は２本のフィンガー１１ａを備えている。２本のフィンガー１１ａを用いて、筐体１０内における各機器類間での培養器具の搬送及び培養操作を行う。
【０００５】
次に、自動細胞培養装置の動作を説明する。操作ロボット１１は、レール１３上を移動しながら、細胞培養中のディッシュを対象とする培地交換、継代操作等を自動的に実行する。
【０００６】
自動細胞培養装置は、培地交換を行う場合には以下の動作を実行する。チップスタンド８に載置されているチップ５がピペット装置６に取り付けられ、５枚のディッシュから古い培地が順次吸引されて廃棄される。続いて、操作ロボット１１はレール１３上を移動して棚１５又は冷蔵保管庫１９から培地容器を取り出し、キャッパー５３において開栓した後、テンポラリステーション９に設置する。一方、ピペット装置６はチップ５を新しいものに交換する。次に、ピペット装置６はテンポラリステーション９の薬液容器から培地を吸引し、操作ステーション２０の各ディッシュに培地を順次注入する。その後、テンポラリステーション９の薬液容器は操作ロボット１１によりキャッパー５３まで搬送され、そこで閉栓された後、もとの棚１５又は冷蔵保管庫１９に戻される。以上により、自動細胞培養装置を用いた培地交換が完了する。
【０００７】
また、 自動細胞培養装置は、継代操作を行う場合には以下の動作を実行する。まず、前述と同様に各ディッシュ内の培地がピペット装置６により廃棄される。次に、操作ロボット１１により、トリプシン等の培養細胞の剥離用の溶液を入れた容器が冷蔵保管部から取り出され、キャッパー５３まで搬送され、そこで開栓された後、テンポラリステーション９に設置される。ピペット装置６には、前述と同様に新しいチップ５がピペット装置６に取り付けられる。
【０００８】
次に、ピペット装置６はピペット５によりこの剥離用の溶液が吸引され、操作ステーション２０の各ディッシュに順次注入される。全てのディッシュへの剥離溶液の注入が終わると、テンポラリステーション９の剥離用溶液の容器はキャッパー５３によって閉栓された後、操作ロボット１１によりもとの冷蔵保管庫１９に戻される。次に、操作ロボット１１は、棚１５から生理食塩水の容器を取り出し、キャッパー５３において開栓した後、テンポラリステーション９に設置する。一方、操作ステーション２０の各ディッシュは一定時間放置された後、細胞の剥離を促進するためにタッピング操作を受ける。次に、操作ステーション２０の各ディッシュには、新しいものに交換したチップ５を用いてテンポラリステーション９に設置された生理食塩水の容器から生理食塩水が注がれる。その後、テンポラリステーション９の生理食塩水の容器はキャッパー５３によって閉栓された後、もとの棚１５に戻される。
【０００９】
次に、操作ロボット１１により、培養器具保管部５６から遠心管が取り出されてテンポラリステーション９に設置される。次に、新しいものに交換したチップ５により各ディッシュから細胞を含む液が吸引され、遠心管に入れられる。次に、操作ロボット１１はキャッパー５３において遠心管を閉栓した後、これを遠心分離器７に設置する。これにより遠心分離が行われる。一方、空になったディッシュを載置したトレイ２６は、操作ロボット１１により操作ステーション２０から取り除かれる。次に、新たなディッシュを載置したトレイ２６が操作ステーション２０に設置される。
【００１０】
遠心分離が終了すると、遠心管からピペット５により上澄み液が廃棄され、上述と同様にテンポラリステーション９に設置された容器から更に新たな培地が注がれる。次に、新しいものに交換したチップ５により遠心管から細胞を含む液が操作ステーション２０の各ディッシュに注がれる。その後、操作ロボット１１はキャッパー５３において培地の容器を閉栓した後、もとのもとの棚１５又は冷蔵保管庫１９に戻される。続いて、操作ロボット１１によりトレイ２６がインキュベータ１４に搬送される。以上により、自動細胞培養装置を用いた継代操作が完了する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−２９１１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述の自動細胞培養装置には、次に示すような改善すべき点がある。自動細胞培養装置では、培地交換を行うか、継代操作を行うかについては、自動細胞培養装置の操作者が判断しなければならない。したがって、全ての処理を自動的に処理して、細胞の所定の状態に培養できるわけではない、という改善すべき点がある。
【００１３】
また、前述の自動細胞培養装置では、ディッシュで細胞を培養し、また、培養した細胞を剥離用溶液を用いて剥離した後に細胞を取得している。つまり、自動細胞培養装置は、培養基質を用いて培養した細胞を対象としている。このため、細胞を培養基質を用いずに培地中で培養する場合、例えば、細胞を立体的な細胞集合体を形成するように培養する場合には、前述の自動細胞培養装置を用いることはできない、という改善すべき点がある。
【００１４】
そこで、本発明は、自動的に所定の条件を満たすまで細胞集合体を培養し、所定の条件を満たした細胞集合体のみを選別して取得する細胞集合体選別取得装置を提供することを目的とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明における課題を解決するための手段及び発明の効果を以下に示す。
本発明に係る細胞集合体選別取得装置は、所定の培地中で細胞を培養し、前記細胞が立体的に凝縮した細胞集合体を形成するための細胞培養容器に前記培地を注入、除去するための培地注入・除去手段、前記細胞培養容器で培養されている前記細胞集合体の状態を示す画像である細胞集合体画像として取得する細胞集合体画像取得手段、前記細胞培養容器から培養した前記細胞集合体を取得するための細胞集合体取得手段、を有する細胞集合体選別取得装置であって、前記培地注入・除去手段に前記細胞培養容器から前記培地を除去させ、前記細胞集合体画像取得手段に前記細胞集合体画像を取得させ、前記細胞集合体画像から前記細胞集合体が所定の状態にあると判断すると、前記細胞集合体取得手段に前記細胞集合体を取得させ、前記細胞集合体画像から前記細胞集合体が所定の状態にないと判断すると、前記培地注入・除去手段に前記細胞培養器に前記培地を注入させる。
【００１６】
これにより、培養状態によって細胞集合体を選別し、自動的に、細胞集合体の取得、培養を行うことができる。
本発明に係る細胞集合体選別取得装置では、前記培地注入・除去手段に前記細胞培養容器から前記培地を除去させる際に、前記細胞培養容器において前記細胞集合体が前記培地から露出するまで、又は、前記培地から露出する直前まで、前記培地を除去させること、を特徴とする。
【００１７】
これにより、 培地の表面における光の屈折がないので、細胞集合体の位置を容易に判断することができる。また、培地の表面における光の屈折がないので、細胞集合体の大きさを正確かつ容易に判断することができる。さらに、細胞集合体が培地の外部に露出するので、細胞集合体を容易に取得することができる。
【００１８】
本発明に係る細胞集合体選別取得装置では、前記培地注入・除去手段に前記細胞培養容器から前記培地を除去させる際に、前記細胞培養容器における前記培地の液面の低下に合わせて、前記培地の除去位置を移動させること、を特徴とする。
【００１９】
これにより、細胞培養容器内で培養されている細胞及び細胞集合体を除去することなく、培地のみを除去することができる。
【００２０】
本発明に係る細胞集合体選別取得装置では、さらに、前記培地注入・除去手段に前記細胞培養容器から前記培地を除去させる際に、前記細胞培養容器内の前記細胞又は前記細胞集合体を所定の領域から外部に移動しないようにする移動制限手段を有すること、を特徴とする。
【００２１】
これにより、細胞培養容器内で培養されている細胞及び細胞集合体を除去することなく、培地のみを除去することができる。
本発明に係る細胞集合体選別取得装置は、さらに、複数の前記細胞培養容器を載置する細胞培養容器載置手段、を有し、前記細胞培養容器載置手段に前記細胞培養容器を、順次、所定の処理位置に移動させて、前記培地の除去、前記細胞集合体画像の取得、前記細胞集合体の取得、及び前記培地の注入を行うこと、を特徴とする。
【００２２】
これにより、複数の細胞培養容器に対して容易に培地の除去、細胞集合体画像の取得、細胞集合体の取得、及び培地の注入を行うことができる。
本発明に係る細胞集合体選別取得装置では、前記細胞培養容器載置手段は、所定の回転軸を中心に複数の前記細胞培養容器を載置し、前記回転軸を中心に回転することによって、前記細胞培養容器を前記処理位置へ移動させること、を特徴とする。
【００２３】
これにより、容易に細胞培養容器を所定の処理位置に配置することができる。
本発明に係る細胞集合体選別取得装置では、前記培地注入・除去手段に前記細胞培養容器から前記培地を除去させるのは、定期的な前記培地の交換時であること、を特徴とする。
【００２４】
これにより、培地交換以外の特別な作業を必要とせずに、細胞集合体を取得することができる。
本発明に係る細胞集合体の選別取得方法は、所定の培地内で細胞を培養し、前記細胞が立体的に凝縮した細胞集合体を形成するための細胞培養容器から培養された前記細胞集合体を取得するための細胞集合体選別取得方法であって、前記細胞培養容器から前記培地を除去し、前記細胞集合体の画像である細胞集合体画像を取得し、前記細胞集合体画像から前記細胞集合体が所定の状態にあると判断すると、前記細胞集合体を取得し、前記細胞集合体画像から前記細胞集合体が所定の状態にないと判断すると、前記細胞培養器に前記培地を注入すること、を特徴とする。
【００２５】
これにより、細胞集合体の培養状態によって、自動的に、細胞集合体の取得、培養を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】細胞集合体選別取得装置１００の全体構成を示す図である。
【図２】マイクロハンド１３４に用いる技術を説明するための図である。
【図３】マイクロハンド１３４に用いる技術を説明するための図である。
【図４】マイクロハンド１３４に用いる技術を説明するための図である。
【図５】マイクロハンド１３４に用いる技術を説明するための図である。
【図５ａ】細胞集合体選別取得装置１００の第１段階における動作を説明するための図である。
【図６】細胞集合体選別取得装置１００の第２段階における動作を説明するための図である。
【図７】細胞集合体選別取得装置２００の全体構成を示す図である。
【図８】従来の細胞集合体選別取得装置を示した図である。
【図９】従来の細胞集合体選別取得装置を示した図である。
【図１０】従来の細胞集合体選別取得装置を示した図である。
【図１１】細胞集合体選別取得装置３００の観察装置３３５に用いる技術を説明するための図である。
【図１２】細胞集合体選別取得装置３００の観察装置３３５に用いる技術を説明するための図である。
【図１３】細胞集合体選別取得装置３００の観察装置３３５に用いる技術を説明するための図である。
【図１４】細胞集合体選別取得装置３００の観察装置３３５に用いる技術を説明するための図である。
【図１５】細胞集合体選別取得装置４００の全体構成を説明するための図である。
【図１６】細胞集合体選別取得装置４００の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明していく。
【実施例１】
【００２８】
第１ 構成
本発明に係る細胞集合体選別取得装置１００は、立体的な集合体として培養された細胞である細胞集合体を選別し、所定の条件を満たした細胞集合体を取得する装置である。
【００２９】
ここで、細胞集合体選別取得装置１００が対象とする細胞集合体について説明する。細胞集合体とは、培養基質を用いずに、培地中で立体的な集合体として培養された細胞群をいう。細胞集合体の培養においては、培養途中、特に細胞が緩やかに固まりはじめ立体的な集合体を形成し始める段階において、細胞を吸い取ってしまうことなく、培地を交換する必要がある。この段階で、誤って細胞集合体の緩やかな塊をほぐしたり、細胞集合体の一部を吸い取ったりすると、最終的に形成された細胞集合体のサイズにばらつきが生じてしまう。このため、細胞集合体の形成過程において、適切に培地を交換することが重要となる。また、細胞集合体を所定の状態以上のサイズまで培養すると、細胞集合体の内部への酸素の拡散が悪くなり、細胞集合体の内部の細胞が死に始めてしまう。このため、適切な状態で、培養した細胞集合体を取得することも重要となる。
【００３０】
次に、細胞集合体選別取得装置１００の構成について図１を用いて説明する。ここで、細胞集合体選別取得装置１００は、無菌室に配置される。
【００３１】
細胞集合体選別取得装置１００は、マイクロプレート１０１を載置するマイクロプレート載置部１１０、マイクロプレート１０１に対して各種の処理操作を行う処理部１２０を有している。ここでは、マイクロプレート１０１として、複数のウェル、例えば９６ウェルを有するマイクロプレートを使用する。
【００３２】
マイクロプレート載置部１１０は、所定の回転軸１１１Ｊを中心に矢印ａ１方向へ回転する円形のテーブル１１１、テーブル１１１を内包する筐体１１３を有している。なお、テーブル１１１を回転させる回転機構、テーブル１１１の回転を回転制御機構については図示していない。
【００３３】
テーブル１１１には、複数のマイクロプレート１０１が載置される。マイクロプレート載置部１１０は、マイクロプレート１０１が載置されているテーブル１１１を回転させることによって、各マイクロプレート１０１の各ウェルを所定の処理位置（後述）に配置する。
【００３４】
処理部１２０は、処理ユニット１３０、
培地貯蔵装置１３６、及び廃棄培地貯蔵装置１３７を有している。培地貯蔵装置１３６は、内部に培地を貯蔵している。培地貯蔵装置１３６は、所定のコンプレッサ（図示せず）と接続されている。培地貯蔵装置１３６は、
コンプレッサによって、内部に貯蔵している培地を矢印ａ３方向へ送出する。廃棄培地貯蔵装置１３７は、所定の負圧ポンプ（図示せず）と接続されている。廃棄培地貯蔵装置１３７は、負圧ポンプによって、マイクロプレート１０１のウェルから除去された培地を一時的に貯蔵する。
【００３５】
処理ユニット１３０は、培地注入装置１３１、培地除去装置１３２、カメラ装置１３３、マイクロハンド１３４、及び収集トレイ１３５を有している。処理ユニット１３０は、テーブル１１１の回転方向に対して直交する矢印ａ１１、矢印ａ１３方向へ直線的に移動することができる。テーブル１１１によるマイクロプレート１０１の配置位置及び処理ユニット１３０の配置位置によって、マイクロプレート１０１の各ウェルを、処理ユニット１３０が最も処理しやすい位置（処理位置）に配置することができる。
【００３６】
培地注入装置１３１は、
マイクロプレート１０１の各ウェルへ培地を注入する。培地注入装置１３１は、培地貯蔵装置１３６と接続されている。培地注入装置１３１は、培地貯蔵装置１３６から培地を取得し、マイクロプレート１０１の各ウェルへ注入する。
【００３７】
培地除去装置１３２は、マイクロプレート１０１の各ウェルから培地を吸引し、各ウェルから培地を除去する。培地除去装置１３２は、廃棄培地貯蔵装置１３７と接続されている。培地除去装置１３２は、マイクロプレート１０１の各ウェルから培地を吸引し、取得した培地を矢印ａ７方向へ送出する。
【００３８】
培地注入装置１３１、培地除去装置１３２のそれぞれには、伸縮可能な管状部（図示せず）が配置されている。培地注入装置１３１は、培地を注入する際に、細胞塊が破壊されないように、管状部の先端を所定の位置まで伸長する。培地除去装置１３２は、培地を除去する際に、細胞塊が破壊されないように、各ウェルに貯留されている培地の内部の所定の位置まで管状部の先端を伸長する。
【００３９】
カメラ装置１３３は、
マイクロプレート１０１の各ウェルの画像を取得する。カメラ装置１３３は、マイクロプレート１０１の各ウェルの上方からの画像を取得する。
【００４０】
収集トレイ１３５は、マイクロハンド１３４によって取得した細胞塊を一時的に保持する。
【００４１】
１．マイクロハンド１３４
マイクロハンド１３４は、
マイクロプレート１０１の各ウェルから細胞集合体を取得する。マイクロハンド１３４は、特開２００６−２０４６１２号公報に開示されているバルーンアクチュエータを用いたフィンガーアクチュエータ１の所定の一又は複数のフィンガー部によって構成されている。以下において、
特開２００６−２０４６１２号公報に開示されているフィンガーアクチュエータについて図２〜図５を用いて説明する。
【００４２】
（１）全体構成
図２はフィンガーアクチュエータ１の全体構成を示している。フィンガーアクチュエータ１は、人の手の親指、人差し指、中指、薬指、小指に相当する５本（複数）のフィンガー部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅを備えている。各フィンガー部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅは関節部３において屈曲することができ、人の手のように物体の把持などを行うことができる。なお、フィンガーアクチュエータ１は、一本のフィンガー部によって構成されていてもよい。
【００４３】
親指に相当する第１フィンガー部２ａは、２つの関節部３を有し、他の指に相当する第２〜第５フィンガー部２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅは、それぞれ、３つの関節部３を有している。これらの関節部３は、空気圧によって曲がり運動を行うバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃによって構成されている。
【００４４】
このフィンガーアクチュエータ１は、１本のフィンガー部２の幅が１ｍｍ程度、長さが３〜３ｍｍ程度のいわゆるマイクロフィンガーであって、微小な対象物を取り扱うのに適している。
【００４５】
フィンガーアクチュエータ１は、各フィンガー部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅが取り付けられた治具（取付部）４を有している。この治具４は、空気注入用のチューブを取り付けるための８つ（複数）の空気注入部６を有している。これらの空気注入部６から空気各バルーンアクチュエータ５へのチャネル部（空気供給路）７が、治具４から各フィンガー部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅにわたって形成されており、各バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃへ空気を供給することができる。
【００４６】
親指に相当し、２つの関節部３（バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ）を有する第１フィンガー部２ａには、２つのチャネル部７が割り当てられており、２つの関節部３（バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ）を個別に駆動させることができる。
【００４７】
人差し指に相当する第２フィンガー部２ｂ及び中指に相当する第３フィンガー部２ｃは、３つの関節部３を有しているが、それぞれ、２つのチャネル部７が割り当てられている。一つ目のチャネル部７は最も治具４寄りの第１バルーンアクチュエータ５ａに割り当てられ、二つ目のチャネル部７は、フィンガー先端側の第２バルーンアクチュエータ５ｂ及び第３バルーンアクチュエータ５ｃに割り当てられている。したがって、これらのフィンガー部２ｂ，２ｃの第１バルーンアクチュエータ５ａと、第２及び第３バルーンアクチュエータ５ｂ，５ｃとは個別駆動が可能であるが、第２及び第３バルーンアクチュエータ５５ｂ，５ｃは、同時に動作する。
【００４８】
薬指に相当する第４フィンガー部２ｄ及び小指に相当する第５フィンガー部２ｅは、３つの関節部３を有しているが、それぞれ１つのチャネル部７が割り当てられている。したがって、これらのフィンガー部２ｄ，２ｅの第１〜第３バルーンアクチュエータ５ａ，５
ｂ，５ｃは、同時に動作する。
【００４９】
（２）フィンガー部の構造及び動作
図３は、第４又は第５フィンガー部２ｄ，２ｅの断面図を示している。なお、第１〜第３フィンガー部２ａ，２ｂ，２ｃについても、バルーンアクチュエータの数やチャネル数が異なるだけで、基本的構造は、第４又は第５フィンガー部２ｄ，２ｅと同様である。そこで、以下では、図２に示すフィンガー部２ｄ，２ｅを、単に、フィンガー部２とよぶ。
【００５０】
フィンガー部２は、２つのシリコーンラバー層１１，１２から構成されており、全体が１ｍｍ以下の薄く柔軟な構造となっている。具体的には、フィンガー部２は、シリコーンラバーフィルムからなる第１膜体１１と、同じくシリコーンラバーフィルムからなる第２膜体１１とを積層して構成されている。
【００５１】
第１膜体１１と第２膜体１２との間には、部分的に、空気が供給されて膨張する空間１３と、当該空間１３へ空気を供給するためのチャネル部（空気供給路）７と、が形成されている。フィンガー部２のうち、空間１３が形成された部分はバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃとして機能する。空間１３及びチャネル部７は、空間１３及びチャネル部７に相当する部分の第１膜体１１を凹状形成することによって形成されている。なお、第２膜体１２はフラットに形成されている。
【００５２】
なお、空間１３は、幅方向寸法よりも長手方向寸法が大きい形状（矩形状）に形成されている。ただし、空間１３の形状は特に限定されるものではない。
【００５３】
また、フィンガー部２において、関節部３となるバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃの間の範囲１４ａ，１４ｂ、第１バルーンアクチュエータ５ａよりも治具（取付部）４側の範囲１５ａ、及び第３バルーンアクチュエータ５ａよりも先端側１５ｂの範囲は、曲がり運動が実質的に生じない基部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂとされている。
【００５４】
第１膜体１１及び第２膜体１２は、シリコーンラバーの一種であるＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）薄膜によって構成されている。第１実施形態のフィンガー部２は、ＰＤＭＳだけで形成されているため、全体が柔軟であり、（把持）対象物の損傷を防止することができる。
【００５５】
バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，４ｃを構成する第１膜体１１と第２膜体１２は、それぞれ厚さが異なっている。具体的には、第１膜体１１において、バルーンアクチュエータ５に相当する部分（凹状形成された部分）の厚さＴｔよりも、第２膜体１２の厚さＴｂが大きくなっている。
【００５６】
また、第１膜体１１と第２膜体とは、ともにＰＤＭＳによって形成されているが、それぞれ硬度が異なっている。具体的には、第１膜体１１は、第２膜体１２よりも硬度が低く形成されている。
【００５７】
なお、膜体１１，１２の厚さや硬度を異ならせる方法については後述する。
【００５８】
第１膜体１１と第２膜体１２は、ともに伸縮自在なシリコーンラバーによって形成されているため、両膜体１１，１２のうちバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃを構成する部分は、空間１３内に供給された空気の圧力Ｐによって、風船のように、その表面積を拡げつつ伸びて膨張することができる。そして、これらのバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃは、全体が柔軟な材料であるＰＤＭＳ（シリコーンラバー）によって形成されているため、従来のバルーンアクチュエータに比べて低い圧力で膨張することができる。例えば、従来のバルーンアクチュエータでは膨張するために数百ｋＰａ必要であったが、バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃでは、１００ｋＰａ以下で膨張することができる。
【００５９】
バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃでは、第１膜体１１が、第２膜体１２よりも薄く柔らかいため、同じ圧力下でも、第１膜体１１は第２膜体１２よりも大きく膨張することができる。換言すると、第２膜体１２は、第１膜体１１よりも厚く硬度が高いため、同じ圧力下では第１膜体１１よりも小さく膨張することしかできない。
【００６０】
図４及び図５は、図３のバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃの膨張の様子を示している。
【００６１】
図４は、空気圧Ｐが、ある圧力Ｐｓａｔ未満である場合における膨張の様子を示しており、この場合、バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃを構成する第１膜体１１及び第２膜体１２は、空気圧Ｐによって共に膨張するものの、薄く柔らかい第１膜体１１の方が、より大きく膨張する。
【００６２】
膜体１１，１２が膨張すると、それぞれの膜体１１，１２において、図示のような引っ張り応力Ｆｔ、Ｆｂが発生する。
【００６３】
ここで、図３では、第２バルーンアクチュエータ５ｂについて注目すると、引っ張り応力Ｆｔ、Ｆｂは、当該バルーンアクチュエータ５ｂの両側にある基部１４ａ，１４ｂを近づける方向の力となる。図３の状態では、第１膜体１１に発生する引っ張り応力の方が第２膜体１２に発生する引っ張り応力よりも大きくなっている（Ｆｔ＞Ｆｂ）。このため、バルーンアクチュエータ５ｂは、より大きな引っ張り応力Ｆｔによって、基部１４ｂが基部１４ａに対して上方に移動する曲がり運動を行う。すなわち、図３の状態では、第１膜体１１の膨張方向と同じ方向への曲がり運動が生じる。
【００６４】
図４において、第１膜体１１の引っ張り応力Ｆｔが第２膜体１２の引っ張り応力Ｆｂよりも大きくなるのは次の理由のためである。つまり、厚く硬度の高い第２膜体１２では、空気圧Ｐが比較的低い場合には、大きな引っ張り応力を生じさせるほどの伸びがほとんど生じないため、第２膜体１２で発生する引っ張り応力Ｆｂも小さくなる。これに対して、薄く柔らかい第１膜体１２では、比較的低い空気圧Ｐであっても十分な伸びが生じて大きく膨張するため、第１膜体１１で発生する応力Ｆｔも大きくなる。
【００６５】
そして、第２バルーンアクチュエータ５ｂと同様の曲がり運動が、他のバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂについても生じ、フィンガー部２全体が、上方への曲がり運動を行う。
【００６６】
図５は、空気圧Ｐがある圧力Ｐｓａｔよりも大きくなった場合における膨張の様子を示しており、この場合、フィンガー部２は図４とは逆方向（下方）への曲がり運動を行う。
【００６７】
空気圧Ｐが大きくなると、バルーンアクチュエータを構成する第１膜体１１及び第２膜体１２はさらに伸びて膨張する。
【００６８】
図４での第２膜体１２の膨張（伸び）は僅かであったが、圧力が十分に高くなることで、厚く硬度の高い第２膜体１２においても大きな引っ張り応力Ｆｂが生じるほどの十分な膨張（伸び）が生じる。
【００６９】
しかも、第２膜体１２は、第１膜体１１よりも厚く硬度が高いため、一旦十分な伸びが生じた場合の第２膜体１２における引っ張り応力Ｆｂは、第１膜体１１において生じる引っ張り応力Ｆｔよりも大きくなる。
【００７０】
つまり、図４では、Ｆｔ＜Ｆｂであり、バルーンアクチュエータ５ｂは、より大きな引っ張り応力ＦｂによってＦｔに打ち勝ち、基部１４ｂが基部１４ａに対して下方に移動する曲がり運動を行う。すなわち、図５の状態では、第２膜体１２の膨張方向と同じ方向への曲がり運動が生じる。
【００７１】
そして、第２バルーンアクチュエータ５ｂと同様の曲がり運動が、他のバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂについても生じ、フィンガー部２全体が、下方への曲がり運動を行う。
【００７２】
なお、第２膜体１２の引っ張り応力による曲がり運動の最大移動量は、第１膜体１２の引っ張り応力による曲がり運動の最大移動量よりも大きくなっている。
【００７３】
また、上記のフィンガーアクチュエータ１では、第２膜体１２側が人間の手のひら側に相当し、図４の曲がり運動が人間の手による把持動作に類似したものとなる。
【００７４】
以上のように、バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃによれば、２つの方向への曲がり運動が可能である。すなわち、従来のバルーンアクチュエータでは、１方向動作だけであったのに対して、第１実施形態に係るバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃでは２方向動作が可能である。
【００７５】
また、バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃによれば、空気圧Ｐによって曲がり運動方向を変えることができる。従来のバルーンアクチュエータでは、空気圧を変化させると、運動量（移動量）を変えることはできたが、運動方向まで変えることはできない。これに対して、第１実施形態に係るバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃでは、空気圧Ｐの変化によって運動量（移動量）を変えるとともに、空気圧Ｐをある圧力Ｐsatよりも小さくしたり大きくしたりすることで、曲がり運動の方向を変えることもできる。
【００７６】
したがって、バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃに供給される空気圧（流体圧）を検出する圧力センサ（図示せず）と、圧力センサで検出した圧力値に基づきバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃに供給される圧力を制御する制御装置（図示せず）と、を備えることで、曲がり運動量、曲がり運動方向を自在に制御することができる。
【００７７】
なお、圧力センサは、バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃの空間１３内や、チャネル部７内に設けることができる。また、制御装置は、マイクロコンピュータ・メモリなどを有するコンピュータと、コンピュータからの信号に基づき圧力を調節する電空レギュレータによって構成することができる。
【００７８】
さらに、圧力センサに代えて、歪みセンサ（図示せず）を設けて、各膜体１１，１２に発生する引っ張り応力を検出してもよい。歪みセンサを設ける場合、第１膜体１１と第２膜体１２のバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃに相当する部分に、それぞれ歪みセンサを配置し、各膜体１１，１２に発生する引っ張り応力を個別に検出して、こられの検出値に基づいて、制御装置がバルーンアクチュエータ５に供給する圧力を制御すればよい。
【００７９】
また、バルーンアクチュエータ５に供給される空気圧は、チャネル部７ごとに個別制御することができ、これにより、フィンガーアクチュエータ１は、人間の手に類似した複雑な動作を行うことができるとともに、２方向運動が可能であることから、人間の手よりも一層複雑な動作を行うこともできる。
【００８０】
上記フィンガーアクチュエータ１では、前述のように、第２膜体１２側で物体（対象物）を把持することができる。そして、第２膜体１２は、曲がり運動が生じているときでも、膨張量が少ないため、対象物を把持する把持面（作用面）として好適である。なお、従来のバルーンアクチュエータでは、大きく膨張する方向に曲がりが生じるため、この膨張面を把持面とするのが困難である。
【００８１】
また、上記フィンガーアクチュエータ１では、図１２の従来構造に比べて、効率が向上している。すなわち、加圧圧力（空気圧）とそれによって生じる力の関係を測定すると、上記フィンガーアクチュエータ１では、高い効率が得られた。これは、ＰＤＭＳが非常に柔軟な材料であることに加え、２枚のＰＤＭＳ膜の組み合わせにおいて、薄い膜と厚い膜を用いているため、加圧圧力が力（変位ではなく）として有効に使われているためと考えられる。
【００８２】
また、フィンガー部２において、バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃによって構成される関節部３以外の範囲（基部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ）には、不必要な屈曲を防止するための補強部（図示せず）を設けても良い。補強部は、フィンガー部２の基部表面に取り付けても良いし、第１膜体１１及び／又は第２膜体１２の内部に設けても良い。
【００８３】
第２ 動作
次に、細胞集合体選別取得装置１００の動作を説明する。細胞集合体選別取得装置１００は、細胞の培養過程における、細胞が緩やかに固まりはじめる段階である第１段階と、細胞がある程度固まった第２段階とで、異なる動作を行う。このように第１段階と第２段階とで異なる動作としたのは、第１段階において、培地交換の際に誤って細胞の一部を吸い取ったり、細胞の緩やかな塊をほぐしたりすると、最終的に形成される細胞集合体に生ずるサイズのばらつきを防止するためである。
【００８４】
１．第１段階の動作
細胞集合体選別取得装置１００の第１段階における動作について図５ａを用いて説明する。ここで、図５ａＡに示すように、マイクロプレート１０１には、各ウェルに培地Ｍが注入されている。各ウェルでは、培地Ｍ中で細胞集合体Ｃが培養されている。
【００８５】
細胞集合体選別取得装置１００は、所定の時間、例えば定期的な培地交換の時間になると、テーブル１１１及び処理ユニット１２０を動作させて、テーブル１１１に載置されている一のマイクロプレート１０１の一のウェルを所定の処理位置に配置させる。図５ａＢに示すように、細胞集合体選別取得装置１００は、培地除去装置１３２の管状部１３２ａを所定の位置まで伸長させる。これにより、管状部１３２ａの先端Ｔを各ウェルの培地Ｍの内部に位置させる。細胞集合体選別取得装置１００は、培地除去装置１３２を用いて、ウェル内の培地Ｍを吸引し、排気培地貯蔵装置１３７への送出を開始する。
【００８６】
図５ａＣに示すように、培地除去装置１３２は、培地の除去にともなう培地液面Ｓの矢印ａ５１方向への低下に合わせて、管状部１３２ａの先端Ｔを矢印ａ５３方向へ移動させる。ウェルの培地の量、ウェルの平面面積、吸引する培地の時間量等から、ウェルにおける培地液面Ｓの低下速度を予め算出することができる。よって、算出した培地液面Ｓの低下速度に合わせて、管状部１３２ａの先端Ｔの移動速度を算出する。培地液面Ｓの低下に合わせて、管状部１３２ａの先端Ｔを移動させることによって、ウェルの下部の培地を攪拌することなく、また、ウェルの下部に位置する細胞集合体Ｃを破壊することなく、培地を除去することができる。
【００８７】
図５ａＤに示すように、培地除去装置１３２は、最初の培地の量の５０％〜６０％を除去する。細胞集合体選別取得装置１００は、培地Ｍの除去が終了すると、管状部１３２ａの先端Ｔを短縮させ、元の状態とする。
【００８８】
図５ａＥに示すように、細胞集合体選別取得装置１００は、培地の除去が終了すると、培地注入装置１３１の管状部１３１ａをウェルの所定の位置まで伸長させる。そして、ウェルの内部に培地貯蔵装置１３６に貯蔵されている新しい培地Ｍを注入する。なお、注入する培地Ｍの量は、予め設定しておく。培地Ｍの注入が終了すると、細胞集合体選別取得装置１００は、次のウェルを処理位置に移動させ、図５ａＡ〜図５ａＥの処理を繰り返す。
【００８９】
２．第２段階の動作
細胞集合体選別取得装置１００の第２段階における動作について図６を用いて説明する。ここで、図６Ａに示すように、マイクロプレート１０１には、各ウェルに培地Ｍが注入されている。各ウェルでは、培地Ｍ中に一つの細胞集合体Ｃが培養されている。細胞集合体Ｃが培養されているマイクロプレート１０１が、複数、テーブル１１１に載置されているものとする。
【００９０】
細胞集合体選別取得装置１００は、所定の時間、例えば定期的な培地交換の時間になると、テーブル１１１及び処理ユニット１２０を動作させて、テーブル１１１に載置されている一のマイクロプレート１０１の一のウェルを所定の処理位置に配置させる。図６Ｂに示すように、細胞集合体選別取得装置１００は、培地除去装置１３２の管状部１３２ａを所定の位置まで伸長させる。これにより、管状部１３２ａの先端Ｔを各ウェルの培地Ｍの内部に位置させる。細胞集合体選別取得装置１００は、培地除去装置１３２を用いて、ウェル内の培地Ｍを吸引し、排気培地貯蔵装置１３７へ送出する。培地除去装置１３２は、ウェル内の細胞集合体Ｃを、一時的に、培地Ｍから露出させるまで培地を除去する。なお、除去する培地Ｍの量は、予め設定しておく。細胞集合体選別取得装置１００は、培地Ｍの除去が終了すると、管状部１３２ａの先端Ｔを短縮させ、元の状態とする。
【００９１】
次に、図６Ｃに示すように、カメラ装置１３３を動作させて、細胞集合体Ｃを含むウェルの画像である細胞集合体画像を取得する。細胞集合体選別取得装置１００は、取得した細胞集合体画像から細胞集合体の大きさを判断する。ウェルから培地を除去し、細胞集合体を露出させているので、細胞集合体画像から細胞集合体Ｃの位置及び大きさを正確かつ容易に判断することができる。なお、細胞集合体画像から細胞集合体を特定する技術については、一般的な画像処理技術を適宜選択して用いる。
【００９２】
図６Ｄに示すように、細胞集合体選別取得装置１００は、細胞集合体Ｃが所定の状態、例えば最大直径５０μｍ〜１００μｍの大きさであると判断すると、マイクロハンド１３４を伸長させる。細胞集合体選別取得装置１００は、マイクロハンド１３４を用いて細胞集合体Ｃをウェルから取得する。細胞集合体選別取得装置１００は、マイクロハンド１３４の動作に合わせて、収集トレイ１３５を動作させて、マイクロハンド１３４の近傍の所定の位置に配置させる。なお、収集トレイ１３５には、所定量の培地を注入しておく。
【００９３】
図６Ｅに示すように、細胞集合体選別取得装置１００は、マイクロハンド１３４を用いて取得した細胞集合体Ｃを収集トレイ１３５へ移動させる。これにより、所定の状態に培養された細胞集合体Ｃを自動的に取得することができる。
【００９４】
なお、図６Ｆに示すように、細胞集合体選別取得装置１００は、細胞集合体Ｃが所定の状態にないと判断すると、培地注入装置１３１の管状部１３１ａをウェルの所定の位置まで伸長させる。そして、ウェルの内部に培地貯蔵装置１３６に貯蔵されている新しい培地Ｍを注入する。なお、注入する培地Ｍの量は、予め設定しておく。細胞集合体Ｃの取得又は新しい培地Ｍの注入が終了すると、細胞集合体選別取得装置１００は、次のウェルを処理位置に移動させ、図６Ｂ〜図６Ｆの処理を繰り返す。
【実施例２】
【００９５】
前述の実施例１における細胞集合体選別取得装置１００は、無菌室で利用するものであった。本実施例における細胞集合体選別取得装置２００は、実験室の机の上等、無菌環境でない状態で使用するものである。なお、以下においては、実施例１と同様の構成については、実施例１と同様の符号を付している。また、実施例１と同様の構成については、その説明を省略する。
【００９６】
１．構成
細胞集合体選別取得装置２００の構成ついて図７を用いて説明する。細胞集合体選別取得装置２００は、無菌シェル２１１、恒温・換気装置２１３、小型コンプレッサ２１５、小型負圧ポンプ２１７を有している。無菌シェル２１１は、処理ユニット１３０を内包する。恒温・換気装置２１３は、マイクロプレート載置部１１０に接続される。恒温・喚起装置２１３は、外部から空気を取得し、取得した空気を所定の温度に調節し、また、所定のフィルタを用いて取得した空気を洗浄する。恒温・喚起装置２１３は、温度を調節し洗浄した空気をマイクロプレート載置部１１０の内部へ送出する。また、恒温・喚起装置２１３は、マイクロプレート載置部１１０から空気を吸引し外部へ排出する。恒温・喚起装置２１３は、マイクロプレート載置部１１０の内部を所定の状態に維持する。
【００９７】
小型コンプレッサ２１５は、培地貯蔵装置１３６に接続される。小型負圧ポンプ２１７は、廃棄培地貯蔵装置１３７に接続される。小型コンプレッサ２１５、小型負圧ポンプ２１７、それぞれの機能は、実施例１におけるコンプレッサ、負圧ポンプと同様である。
なお、細胞集合体選別取得装置２００の動作については、実施例１における細胞集合体選別取得装置１００と同様である。
【実施例３】
【００９８】
前述の実施例１における細胞集合体選別取得装置１００では、マイクロハンド１３４によって取得した細胞集合体をマイクロプレート１０１から収集トレイ１３５へ移動させて、所定の細胞集合体を収集することとしたが、本実施例における細胞集合体選別取得装置３００は、取得した細胞集合体を収集以外の観察する観察装置３３５に提供する。以下においては、細胞集合体選別取得装置３００について説明する。
【００９９】
第１ 構成
細胞集合体選別取得装置３００は、細胞集合体選別取得装置１００に観察装置３３５を付加したものである。観察装置３３５は、マイクロハンド１３４が所定の細胞集合体を取得した後に、収集トレイ１３５と同様に、マイクロハンド１３４に対して所定の位置まで移動し、取得した細胞集合体について観察を行えるようにするものである。
【０１００】
細胞集合体選別取得装置３００では、使用者の判断、若しくは、自動的に、マイクロハンド１３４によって取得した細胞集合体を収集トレイ１３５に収集するか、観察装置３３５等の他の装置で利用するかを選択できるように構成されている。
【０１０１】
観察装置３３５は、特開２００８−１２９５１２号公報に開示されている微小観察対象物用の観察装置２０Ｚを用いて構成される。但し、以下の点において、観察装置３３５は、観察装置２０Ｚと異なる。観察装置２０Ｚでは複数の観察対象物Ｗを対象として観察を行うが、観察装置３３５では、マイクロハンド１３４によって取得した１つの細胞集合体を対象として観察を行う。また、観察装置３３５は、マイクロハンド１３４が観察対象物を取得した状態で観察を行う。観察装置３３５のその他の構成については、観察装置２０Ｚと同様である。
【０１０２】
以下において、 特開２００８−１２９５１２号公報に開示されている観察装置２０Ｚについて図１１〜図１４を用いて説明する。
【０１０３】
１．観察装置２０Ｚ
図１１は観察装置２０Ｚの斜視図である。図１２は観察装置２０Ｚの分解斜視図である。図１３はこの観察装置２０Ｚのブロック図である。
【０１０４】
観察装置２０Ｚは、イメージセンサ１１Ｚを備えたビジョン回路１０Ｚと、細胞等の微小な観察対象物Ｗを表面側に多数存在させる保持部材１Ｚとを備えている。図例の保持部材１Ｚはシート状の部材であり、以下において、保持部材１Ｚを観察シートと呼んで説明する。そして、観察シート１Ｚはビジョン回路１０Ｚ上に積み重ね状に搭載されており、具体的には、観察シート１Ｚとビジョン回路１０Ｚとは積層状態にある。さらに、図例の観察装置２０Ｚではビジョン回路１０Ｚと観察シート１Ｚとの間に光学シート７Ｚが積層状態で介在している。
【０１０５】
図１３において、ビジョン回路１０Ｚは、観察装置２０Ｚが備えているコンピュータ２３Ｚと繋がっており、相互の間で信号の送受信が行われる。このコンピュータ２３Ｚは観察装置２０Ｚ全体の動作を制御したり、観察して得た情報を処理したり、情報を蓄積したりする。ビジョン回路１０Ｚは、プリント基板１３Ｚ（図１２参照）上に、イメージセンサ１１Ｚと、イメージセンサ１１Ｚから送られた映像信号を処理する画像処理回路部（イメージプロセッサ）１２Ｚとを備えている。また、ビジョン回路１０Ｚは記憶手段（メモリ）１４Ｚを備えており、イメージセンサ１１Ｚが取り込んだ映像信号を一時的に記憶したり、画像処理回路部１２Ｚが処理した画像データを記憶したりする。なお、この記憶手段１４Ｚは、ビジョン回路１０Ｚ上に設けられる以外に、コンピュータ２３Ｚに設けられていてもよい。
【０１０６】
イメージセンサ１１Ｚは多数の微小な画素（受光素子）を有する画像素子であり、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサとすることができる。画像処理回路部１２Ｚは、イメージセンサ１１Ｚが取り込んだ映像信号及び記憶手段１４Ｚに記憶させた画像データの色調補正や解像度変更等の画像処理を行う機能を有している。なお、イメージセンサ１１Ｚと画像処理回路部１２Ｚとは、例えば従来知られているデジタルカメラが備えているものを利用することができる。
【０１０７】
図１１及び図１２において、観察シート１Ｚは光透過性を有する部材、例えば透明の樹脂により形成されており、シリコンラバーにより成形することができる。観察シート１Ｚは、ビジョン回路１０Ｚ上に積層状態で設けられる本体部２Ｚと、本体部２Ｚの一部に形成されている観察部３Ｚとを備えている。本体部２Ｚは、イメージセンサ１１よりも広い面積に設定されており、図例ではビジョン回路１０Ｚと同じ（略同じ）大きさとしている。そして、本体部２Ｚの中央部に観察部３Ｚが形成されている。観察部３Ｚはイメージセンサ１１Ｚに対応する位置に微小な観察対象物Ｗを存在させる部分である。観察部３Ｚの表面側に細胞等の微小な観察対象物Ｗを載せることができ、この観察部３Ｚの裏側部及び光学シート７Ｚを通してイメージセンサ１１Ｚが観察対象物Ｗの像をそのまま（直接的に）取り込むことができる。つまり、観察対象物Ｗを微小な大きさのままでとらえることができる。このように、観察シート１Ｚは、ビジョン回路１０Ｚのイメージセンサ１１Ｚ上に積層状態で設けられている。観察シート１Ｚは、その全部が透明であってもよく、又は、観察部３Ｚの観察面（表面３ａＺ）よりも裏面側が少なくとも光を透過させるものであってもよい。
【０１０８】
また、観察装置２０Ｚにおいて、観察シート１Ｚはビジョン回路１０Ｚから取り外し可能である。つまり、観察シート１Ｚは、光学シート７Ｚをビジョン回路１０Ｚに残してビジョン回路１０Ｚから取り外すことができる。このために、観察シート１Ｚは光学シート７Ｚの上に取り外し可能に載置させた状態で設けられている。この場合、光学シート７Ｚの表面７ａＺが観察シート１Ｚ用の載置面となる。なお、図示しないが、本発明の観察装置２０Ｚにおいて、光学シート７Ｚを省略することもできる。すなわち、ビジョン回路１０Ｚの上に観察シート１Ｚが直接載せられた状態にあり、観察シート１Ｚはビジョン回路１０Ｚの上に取り外し可能に載置させた状態で設けられている。この場合、ビジョン回路１０Ｚの表面１０ａＺが観察シート１Ｚ用の載置面となる。
【０１０９】
図１１及び図１２の形態において、観察シート１Ｚは光学シート７Ｚの表面（載置面）７ａＺに載せられているが、観察シート１Ｚを載置面７ａＺに載せる際、載置面７ａＺと観察シート１Ｚとの間に光学レンズ用の油等の液体を介在させるのが好ましい。または、載置面７ａＺと観察シート１Ｚとの間から気体を除き、両者間を観察シート１Ｚの表面１ａＺ側に対して負圧とするのが好ましい。これにより、載置面７ａＺに観察シート１Ｚを密着させることができると共に、観察終了後、観察シート１Ｚを載置面７ａＺから容易に取り外すことができる。
【０１１０】
観察シート１Ｚは、観察部３Ｚにおいて、観察対象物Ｗを吸引することによって位置保持する吸引部４Ｚを有している。吸引部４Ｚは観察シート１Ｚ内に形成された微小な断面積の流路５Ｚを有している。流路５Ｚは、一端が観察シート１Ｚの観察部３Ｚの表面３ａＺに開口し、他端が観察シート１Ｚの観察部３Ｚ以外の部分に開口している。具体的には、流路５Ｚの他端は観察シート１Ｚの本体部２Ｚの周縁部で開口しており（開口部５ｂＺ）、例えば、図１２に示しているように、本体部２Ｚの表面２ａＺの周縁部の一部で開口したり、図示しないが、本体部２Ｚの側面２ｂＺで開口したりできる。なお、流路５Ｚ及びその一端の開口部５ａＺは複数（多数）形成されており、一つの開口部５ａＺに対して一つの観察対象物Ｗを対応させることができる。また、一条の流路５Ｚが分岐して複数の開口部５ａＺを有していても良い。また、開口部５ａＺは格子状や千鳥状に配列されている。一方、各流路５Ｚの他端は一つの開口部５ｂＺに集約されている。
【０１１１】
そして、開口部５ｂＺに、図示しない吸引装置（ポンプ）を接続している。吸引装置は、観察部３Ｚの表面３ａＺの周辺の気体を流路５Ｚを通じて吸引することができ、これにより、流路５Ｚの一端の開口部５ａＺに微小な観察対象物Ｗを吸着して固定することができ、多数の観察対象物Ｗを観察シート１Ｚに位置保持させることができる。なお、言うまでもないが、流路５Ｚの一端の開口部５ａＺの孔は観察対象物Ｗよりも小さく設定されている。
【０１１２】
光学シート７Ｚは、ビジョン回路１０Ｚと観察シート１Ｚとの間に介在しており、イメージセンサ１１Ｚと観察部３Ｚとの間に積層状態で介在していればよい。光学シート７Ｚは様々なものを採用できるが、例えば、観察対象物Ｗが発光又は蛍光した光のうちの特定範囲の波長の光（例えば特定の色等）を選択して透過させる機能を備えた光学的フィルタとすることができる。この場合、イメージセンサ１１Ｚへ所望の光を透過させることができ、イメージセンサ１１Ｚは観察対象物Ｗの像や発光した様子を明確にとらえることができる。
【０１１３】
他の光学シート７Ｚとして、観察対象物Ｗの光を集光する（指向性を持たせる）機能を備えたレンズフィルムとすることができる。この場合、微弱な光であっても、イメージセンサ１１Ｚに向かって光を透過させることができ、イメージセンサ１１Ｚは観察対象物Ｗの像や発光した様子を明確にとらえることができる。または、他の光学シート７Ｚとして、実質的な拡大縮小を行わないで焦点の微調整を行う機能や、色彩や明度を補正したり調整したりする機能を備えたもの等がある。
【０１１４】
さらに、他の光学シート７Ｚとして、ビジョン回路１０Ｚと観察シート１Ｚとの間の距離を調整するための光透過性を有するシートや、ビジョン回路１０Ｚを保護するための光透過性を有する保護シートであってもよい。また、光学シート７Ｚを組み合わせて複数枚用いてもよい。
【０１１５】
このように、光学シート７Ｚを介在させることによって、その機能により、観察対象物Ｗの適切な画像を得ることができる。また、光学シート７Ｚは、観察シート１Ｚよりも薄いものや、同程度の厚さのものがある。
【０１１６】
光学シート７Ｚは、ビジョン回路１０Ｚと一体として形成されていてもよいが、ビジョン回路１０Ｚから取り外し可能であってもよい。取り外し可能とした場合では、光学シート７Ｚをビジョン回路１０Ｚから取り外し、他の機能を有する光学シート７Ｚに入れ替えたり、同じ機能であっても別の（例えば厚さの異なる）光学シート７Ｚに入れ替えたりできる。これにより、観察対象物Ｗの種類や大きさが異なっても、光学シート７Ｚを変更することによって例えば焦点等を微調整することができ、同じイメージセンサ１１Ｚによって適切な画像データを得ることができる。また、一つのビジョン回路１０Ｚに対して複数の光学シート７Ｚを予め準備しておき、観察対象物Ｗに応じて光学シート７Ｚを選択して適用してもよい。
【０１１７】
図１３において、観察装置２０Ｚは、ビジョン回路１０Ｚが得た画像データに基づく画像を表示するモニタ（表示手段）２４Ｚを更に備えている。モニタ２４Ｚはコンピュータ２３Ｚのインターフェースに繋がっているものとすることができる。
【０１１８】
また、図示しないが、観察シート１Ｚは観察対象物Ｗからの電気信号を受けるための電極を有していても良い。この場合、例えば、流路５Ｚの一端の開口部５ａＺに電極を設け、この電極と、観察シート１Ｚの外部に設けた計測器（例えばアンプ付き電流計）とを導出線で繋げる。そして、後述する処理手段２２Ｚにより観察対象物Ｗに対して化学的又は電気的な刺激を与える等の観察のための処理をして、この刺激に応答する観察対象物Ｗからの信号を、前記電極を通じて計測器が計測することができる。
【０１１９】
なお、観察対象物Ｗとしての細胞の大きさ（直径）が５μｍ〜１００μｍ程度に対して、イメージセンサ１１Ｚの一つの画素の大きさは１μｍ〜５０μｍ程度のものを採用することができる。一つの画素が観察対象物Ｗの大きさと同程度乃至小さい場合は、一つの観察対象部Ｗの画像乃至そのうちの一部の画像を得ることができる。また、一つの画素のサイズ（ピクセルサイズ）が観察対象物Ｗの大きさよりも大きくても良く、この場合であっても、例えば、観察対象物Ｗが反応して明度の変化等が生じたことを、このイメージセンサ１１Ｚを利用して検出することができる。
【０１２０】
観察装置２０Ｚによれば、観察シート１Ｚの観察面（表面）１ａＺに細胞を多数存在させ、この観察シート１Ｚをビジョン回路１０Ｚ上に積み重ね状（積層状）に搭載することにより、観察シート１Ｚに多数存在している微小な観察対象物Ｗの像を拡大しなくても、微小な大きさのままでイメージセンサ１１Ｚによりとらえることができ、この画像を処理し、画像データを記憶させたり、その画像をモニタ２４Ｚに表示させたりすることができる。つまり、多数の画素を有するイメージセンサ１１Ｚと、微小な観察対象物Ｗを存在させた観察シート１Ｚとを近接配置し、イメージセンサ１１Ｚは観察対象物Ｗを実質的に等倍率で撮像する方法によって、観察対象物Ｗを観察することができる。したがって、従来、細胞等を光学的に観察する際に像を拡大するために利用していた顕微鏡を介在させなくても、本発明によれば、微小な細胞の画像を取得することができる。これにより観察装置のコストを低減できる。
【０１２１】
なお、前記「実質的に等倍率」とは、観察対象物Ｗを拡大縮小させない場合の他に、人目で確認することができない程度に観察対象物Ｗを拡大する場合も含む。具体的には例えば前記光学シート７を利用することによって二倍まで拡大する場合を含む。すなわち、「実質的に等倍率」は、従来のような顕微鏡によって人目で確認することができる程度に観察対象物Ｗを拡大（例えば５０倍や１０００倍に拡大）する場合とは異なる。
【０１２２】
さらに、イメージセンサ１１Ｚと観察シート１とを「近接配置し」とは、イメージセンサ１１Ｚと観察シート１Ｚとの間を、観察シート１Ｚの厚さの二倍の値以下の場合と定義することができる。
【０１２３】
そして、観察装置２０Ｚでは、観察シート１Ｚをビジョン回路１０Ｚから取り外すことができるので、観察対象物Ｗを存在させた観察シート１Ｚを次々と取り換えて観察することができる。特にバイオ実験では、観察対象物Ｗを存在させる観察シート１Ｚの再利用は好ましくない場合があるが、観察装置２０Ｚによれば、ビジョン回路１０Ｚを残して観察シート１Ｚのみを使い捨てにすることもでき、経済的である。
【０１２４】
図１４は、観察装置２０Ｚを備えた観察システムを説明する説明図である。観察システム２０Ｚは、ビジョン回路１０Ｚ及び観察シート１Ｚを備えた観察装置と、観察装置２０Ｚのビジョン回路１０Ｚから観察シート１Ｚを取り換える搬送手段２１Ｚとを備えている。なお、図１４の観察システムは、図１１に示した観察装置２０Ｚを備えたものであり、ビジョン回路１０Ｚと観察シート１Ｚとの間に光学シート７Ｚが介在している。
【０１２５】
搬送手段２１Ｚは、観察シート１Ｚをビジョン回路１０Ｚ（光学シート７Ｚ）から取り外したり、別の観察シート１Ｚをビジョン回路１０Ｚ（光学シート７Ｚ）上に設置させたりするロボットアームである。搬送手段２１Ｚはコンピュータ２３Ｚからの指令信号に従って制御される。搬送手段２１Ｚは、観察シート１Ｚを挟むことにより観察シート１Ｚを持ち上げて移動させることができる一対の爪部材２６Ｚと、一対の爪部材２６Ｚを相互接近離反させる駆動部（図示せず）と、爪部材２６Ｚを移動させる移動部（図示せず）とを有する構成である。なお、搬送手段２１Ｚの形式はその他のものであってもよく、例えば、観察シート１Ｚを吸引することができる吸引具と、この吸引具を移動させる移動部とを有しているものであってもよい。この観察システムによれば、搬送手段２１Ｚが、ビジョン回路１０Ｚに対して観察シート１Ｚのみを自動的に取り換えることができ、観察作業が行いやすくなる。
【０１２６】
また、この観察システムは、観察装置２０Ｚと、この観察装置の観察シート１Ｚに存在する微小な観察対象物Ｗに対して処理を施す処理手段２２Ｚとを備えている。図１６において、処理手段２２Ｚは、観察シート１Ｚ上の観察対象物Ｗに対して薬液を注入するノズル（ピペット）２２Ｚを有しているものである。なお、他の処理手段２２Ｚとしては、観察対象物Ｗに対して電気信号を与える電極を有しているものがある。さらに、複数種類の処理手段２２Ｚを備えたものであってもよい。図１４の観察システムは、観察対象物Ｗを載せた観察シート１Ｚをビジョン回路１０Ｚ上に積層状態で設け、この観察対象物Ｗに対して処理手段２２Ｚのノズル２７Ｚから薬液を注入する。これにより、観察対象物Ｗを処理しながら観察することができる。
【０１２７】
以上のように、観察装置２０Ｚ及び観察装置２０Ｚを用いた観察システムによれば、観察対象物Ｗとイメージセンサ１１Ｚとの間に従来利用していた顕微鏡を介在させなくても、微小な観察対象物Ｗの画像を取得することができる。このように高価な顕微鏡が不要となるので、微小な観察対象物Ｗ用の装置のコストを低減できる。すなわち、従来では、細胞等の微小な観察対象物の像を顕微鏡により一旦拡大したにも関わらず、その像をデジタルカメラのイメージセンサに取り込ませるためにレンズにより縮小している。しかし、本発明によれば、微小な観察対象物Ｗを（光学シートを用いた場合では多少の焦点調整等を行う場合があるが）イメージセンサ１１Ｚにより微小な大きさのままでとらえることができ、高価な顕微鏡を不要とすることができる。さらに、次々と観察シート１Ｚを取り換えて観察することができ、観察作業が行いやすい。また、観察装置２０Ｚ及び観察装置２０Ｚを用いた観察システムをスクリーニング装置とすることができる。
【０１２８】
なお、観察シート１Ｚの材質はシリコンラバー以外であってもよく、その他の無色透明又は有色透明な材料とすることができ、ガラス製を利用したり、これら材料とその他の材料との複合材料としたりできる。また、図１１に示した形態では、観察シート１Ｚはビジョン回路１０Ｚと輪郭形状を同じとしているが、観察シート１Ｚはビジョン回路１０Ｚのうちの少なくともイメージセンサ１１Ｚと積層状態にあればよく、観察シート１Ｚの輪郭形状をイメージセンサ１１Ｚの輪郭形状よりも大きく設定することができる。
【０１２９】
さらに、観察シート１Ｚとビジョン回路１０Ｚとの間、光学シート７Ｚを設けた場合には光学シート７Ｚと観察シート１Ｚとの間及び／又は光学シート７Ｚとビジョン回路１０Ｚとの間に、隙間があってもよい。例えば、観察シート１Ｚを、ビジョン回路１０Ｚのイメージセンサ１１Ｚの上に隙間を有して積み重ね状に搭載していてもよい。この場合、両部材の間に別のスペーサ部材（図示せず）をさらに介在させ、両部材の間に隙間を形成すればよい。
【実施例４】
【０１３０】
前述の実施例１における細胞集合体選別取得装置１００では、カメラ装置１３３は、マイクロプレート１０１の各ウェルの上方からの画像を取得するものであった。本実施例における細胞集合体選別取得装置４００は、マイクロプレート１０１の各ウェルを下方からの画像を取得する細胞集合体画像取得装置４３３を有するものである。なお、以下においては、実施例１と同様の構成については、実施例１と同様の符号を付している。また、実施例１と同様の構成については、その説明を省略する。
【０１３１】
１．構成
細胞集合体選別取得装置４００の構成について図１５を用いて説明する。細胞集合体選別取得装置４００は、マイクロプレート載置部１１０、処理部４２０を有している。
【０１３２】
マイクロプレート載置部１１０は、テーブル１１１、筐体１１３を有している。テーブル１１１には、複数のマイクロプレート１０１が載置される。
【０１３３】
処理部４２０は、処理ユニット４３０、
培地貯蔵装置１３６、及び廃棄培地貯蔵装置１３７を有している。
【０１３４】
処理ユニット４３０は、培地注入装置１３１、培地除去装置１３２、細胞集合体画像取得装置４３３、マイクロハンド１３４、及び収集トレイ１３５を有している。細胞集合体画像取得装置４３３は、マイクロプレート載置部１１０の筐体１１３の内部、処理ユニット４３０の位置に対応して設置される。
【０１３５】
細胞集合体画像取得装置４３３は、前述の観察装置２０Ｚにおけるイメージセンサ１１Ｚを備えたビジョン回路１０Ｚ、及び、マイクロプレート１０１とビジョン回路１０Ｚとの間に配置される所定の光学系を用いて構成されている。ビジョン回路１０Ｚをマイクロプレート１０１に対して下方に配置することによって、処理ユニット４３０を、培地注入装置１３１、培地除去装置１３２、マイクロハンド１３４と、細胞集合体画像取得装置４３３とに分けてマイクロプレート１０１を挟んで上下に配置することができるので、処理ユニット４３０の構成要素の配置をより自由に設計することができる。
【０１３６】
なお、マイクロプレート１０１の底面は半球状であるため、所定の精巧な光学部品を用いた光学系、及び、ビジョン回路１０Ｚによって得られた細胞集合体画像に対する画像処理によって細胞集合体画像を補整し、正確な細胞集合体の測定を可能とする。
【０１３７】
第２ 動作
次に、細胞集合体選別取得装置４００の動作について図１６を用いて説明する。なお、細胞培養初期の動作、及び、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１６Ｄ〜図１６Ｆの動作については、図５ａ、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｄ〜図６Ｆと同様であるため、記載を省略する。
【０１３８】
図１６Ｃに示すように、細胞集合体画像取得装置３３３を動作させて、細胞集合体Ｃを含むウェルの画像である細胞集合体画像を、マイクロプレート１０１の下方に配置されているビジョン回路１０Ｚを用いて取得する。
【０１３９】
［その他の実施例］
（１）テーブル１１１：前述の実施例１、実施例２においては、複数のマイクロプレート１０１は回転軸１１１Ｊを中心に回転し、マイクロプレート１０１の各ウェルを処理位置へ配置するとしたが、マイクロプレート１０１の各ウェルを処理位置へ配置できるものであれば、例示のものに限定されない。例えば、マイクロプレート１０１を直線状に配置し、ベルトコンベアのように、マイクロプレート１０１を直線的に移動させるものであってもよい。
【０１４０】
（２）培地交換時：前述の実施例１、実施例２においては、定期的な培地の交換時に、細胞集合体選別取得装置１００を動作させることとしたが、定期的な培地の交換時とは別に、任意の時間に、自動的に又は操作者の操作によって、細胞集合体選別取得装置１００を動作させるようにしてもよい。
【０１４１】
（３）セル・ストレージ：
前述の実施例１における細胞集合体選別取得装置１００は、マイクロプレート載置部１１０のテーブル１１１上にマイクロプレート１０１を個別に載置するものであったが、マイクロプレート１０１をテーブル１１１に載置するものであれば、例示のものに限定されない。例えば、細胞集合体を培養しているマイクロプレート１０１大量に保存するセル・ストレージに、細胞集合体選別取得装置１００を接続し、所定の時間に、セル・ストレージから所定のマイクロプレート１０１を取得し、テーブル１１１に自動的に載置するようにしてもよい。この場合、セル・ストレージの動作制御と、細胞集合体選別取得装置１００の動作制御とを連動させることによって、必要なマイクロプレート１０１を、最適な時間でテーブル１１１に配置することが可能となる。
【０１４２】
（４）マイクロハンド１３４：前述の実施例１においては、マイクロハンド１３４は空気圧を用いて動作するものであったが、マイクロプレート１０１から培養した細胞集合体を取得できる構成であれば、例示のものに限定されない。例えば、圧電式、形状記憶合金、静電式、圧空式、合成樹脂など高分子式の人工筋肉アクチュエータの原理を用いてマイクロハンドを形成するようにしてもよい。
【０１４３】
（５）マイクロプレート１０１の蓋の除去：マイクロプレート１０１には、コンタミネーション防止のため蓋が取り付けられることが多い。したがって、前述の実施例１〜実施例３において、蓋が閉じられたマイクロプレート１０１をテーブル１１１に配置し、自動でマイクロプレート１０１の蓋を取り除くようにしてもよい。この場合、例えば、所定のアームに取り付けられた吸盤を蓋が閉じられたマイクロプレート１０１の上方に配置し、アームを下降させ、吸盤に圧力をかけて吸盤をマイクロプレート１０１の蓋に取り付け、その状態でアームを上昇させることによって、マイクロプレート１０１から蓋を取り外すことができる。
【０１４４】
さらに、培地の交換や細胞集合体の選別取が終了した後、アームを移動させて、マイクロプレート１０１に蓋をした後、空気圧等を用いて吸盤をマイクロプレート１０１の蓋から取り外すようにしてもよい。
【０１４５】
（６）培地の除去：前述の実施例１においては、第１段階における培地の除去に際し、培地除去装置１３２の管状部１３２ａの先端Ｔを培地の液面Ｓの低下に合わせて、下方に移動させることによって、意図しない培地内の細胞の除去を防止することとしたが、例示のものに限定されない。例えば、例えばネットや傘の様に先端が広がるマイクロハンドを用いて、培地内の細胞又は細胞集合体をウェル内の所定の領域から外部に流出しないように押さえ込むようにしてもよい。この際のマイクロハンドは、マイクロハンド１３４と一体として形成してもよい。また、マイクロハンド１３４とは別に配置するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
本発明に係る細胞集合体選別取得装置は、例えば、幹細胞の培養に用いることができる。
【符号の説明】
【０１４７】
１００・・・・・細胞集合体選別取得装置
１０１・・・・・マイクロプレート
１１０・・・・・マイクロプレート載置部
１２０・・・・・処理部
１３０・・・・・処理ユニット
１３１・・・・・培地注入装置
１３２・・・・・培地除去装置
１３３・・・・・カメラ装置
１３４・・・・・マイクロハンド
１３５・・・・・収集トレイ
１３６・・・・・培地貯蔵装置
１３７・・・・・廃棄培地貯蔵装置
２００・・・・・細胞集合体選別取得装置
２１１・・・・・無菌シェル
２１３・・・・・恒温・喚起装置
２１５・・・・・小型コンプレッサ
２１７・・・・・小型負圧ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集合体として培養した細胞集合体を取得する細胞集合体選別取得装置に関し、特に、自動的に所定の条件を満たすまで細胞集合体を培養し、所定の条件を満たした細胞集合体のみを選別して取得するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の培養した細胞を取得する装置である自動細胞培養装置について、図８〜図１０を用いて説明する。自動細胞培養装置は、細胞培養を行うための清浄空間を維持する筐体１０を備え、筐体１０内には、細胞培養に必要な機器類と、筐体１０内における各機器類間での培養器具の搬送を主に行う多関節型の操作ロボット１１とを備えている。
細胞培養に必要な機器類は、筐体１０の一の面である背面１０ａに平行な設置面１に沿って配置されている。機器類としては、インキュベータ１４、冷蔵保管庫１９、キャッパー５３、操作ステーション２０、テンポラリステーション９、チップスタンド８、及び遠心分離器７（図９）が配置されている。
【０００３】
自動細胞培養装置には、設置面１に沿って敷設された水平軸部材としてのレール１３と、レール１３に直交する方向に延伸する垂直軸部材としての昇降ポスト３とが設けられている。操作ロボット１１は昇降ポスト３の上端に取り付けられている。昇降ポスト３がレール１３に対して上下することにより、操作ロボット１１の上下の移動が可能となっている。また、昇降ポスト３がレール１３に沿って水平移動することにより、操作ロボット１１の水平移動が可能となっている。
【０００４】
操作ロボット１１は２本のフィンガー１１ａを備えている。２本のフィンガー１１ａを用いて、筐体１０内における各機器類間での培養器具の搬送及び培養操作を行う。
【０００５】
次に、自動細胞培養装置の動作を説明する。操作ロボット１１は、レール１３上を移動しながら、細胞培養中のディッシュを対象とする培地交換、継代操作等を自動的に実行する。
【０００６】
自動細胞培養装置は、培地交換を行う場合には以下の動作を実行する。チップスタンド８に載置されているチップ５がピペット装置６に取り付けられ、５枚のディッシュから古い培地が順次吸引されて廃棄される。続いて、操作ロボット１１はレール１３上を移動して棚１５又は冷蔵保管庫１９から培地容器を取り出し、キャッパー５３において開栓した後、テンポラリステーション９に設置する。一方、ピペット装置６はチップ５を新しいものに交換する。次に、ピペット装置６はテンポラリステーション９の薬液容器から培地を吸引し、操作ステーション２０の各ディッシュに培地を順次注入する。その後、テンポラリステーション９の薬液容器は操作ロボット１１によりキャッパー５３まで搬送され、そこで閉栓された後、もとの棚１５又は冷蔵保管庫１９に戻される。以上により、自動細胞培養装置を用いた培地交換が完了する。
【０００７】
また、 自動細胞培養装置は、継代操作を行う場合には以下の動作を実行する。まず、前述と同様に各ディッシュ内の培地がピペット装置６により廃棄される。次に、操作ロボット１１により、トリプシン等の培養細胞の剥離用の溶液を入れた容器が冷蔵保管部から取り出され、キャッパー５３まで搬送され、そこで開栓された後、テンポラリステーション９に設置される。ピペット装置６には、前述と同様に新しいチップ５がピペット装置６に取り付けられる。
【０００８】
次に、ピペット装置６はピペット５によりこの剥離用の溶液が吸引され、操作ステーション２０の各ディッシュに順次注入される。全てのディッシュへの剥離溶液の注入が終わると、テンポラリステーション９の剥離用溶液の容器はキャッパー５３によって閉栓された後、操作ロボット１１によりもとの冷蔵保管庫１９に戻される。次に、操作ロボット１１は、棚１５から生理食塩水の容器を取り出し、キャッパー５３において開栓した後、テンポラリステーション９に設置する。一方、操作ステーション２０の各ディッシュは一定時間放置された後、細胞の剥離を促進するためにタッピング操作を受ける。次に、操作ステーション２０の各ディッシュには、新しいものに交換したチップ５を用いてテンポラリステーション９に設置された生理食塩水の容器から生理食塩水が注がれる。その後、テンポラリステーション９の生理食塩水の容器はキャッパー５３によって閉栓された後、もとの棚１５に戻される。
【０００９】
次に、操作ロボット１１により、培養器具保管部５６から遠心管が取り出されてテンポラリステーション９に設置される。次に、新しいものに交換したチップ５により各ディッシュから細胞を含む液が吸引され、遠心管に入れられる。次に、操作ロボット１１はキャッパー５３において遠心管を閉栓した後、これを遠心分離器７に設置する。これにより遠心分離が行われる。一方、空になったディッシュを載置したトレイ２６は、操作ロボット１１により操作ステーション２０から取り除かれる。次に、新たなディッシュを載置したトレイ２６が操作ステーション２０に設置される。
【００１０】
遠心分離が終了すると、遠心管からピペット５により上澄み液が廃棄され、上述と同様にテンポラリステーション９に設置された容器から更に新たな培地が注がれる。次に、新しいものに交換したチップ５により遠心管から細胞を含む液が操作ステーション２０の各ディッシュに注がれる。その後、操作ロボット１１はキャッパー５３において培地の容器を閉栓した後、もとのもとの棚１５又は冷蔵保管庫１９に戻される。続いて、操作ロボット１１によりトレイ２６がインキュベータ１４に搬送される。以上により、自動細胞培養装置を用いた継代操作が完了する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−２９１１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述の自動細胞培養装置には、次に示すような改善すべき点がある。自動細胞培養装置では、培地交換を行うか、継代操作を行うかについては、自動細胞培養装置の操作者が判断しなければならない。したがって、全ての処理を自動的に処理して、細胞の所定の状態に培養できるわけではない、という改善すべき点がある。
【００１３】
また、前述の自動細胞培養装置では、ディッシュで細胞を培養し、また、培養した細胞を剥離用溶液を用いて剥離した後に細胞を取得している。つまり、自動細胞培養装置は、培養基質を用いて培養した細胞を対象としている。このため、細胞を培養基質を用いずに培地中で培養する場合、例えば、細胞を立体的な細胞集合体を形成するように培養する場合には、前述の自動細胞培養装置を用いることはできない、という改善すべき点がある。
【００１４】
そこで、本発明は、自動的に所定の条件を満たすまで細胞集合体を培養し、所定の条件を満たした細胞集合体のみを選別して取得する細胞集合体選別取得装置を提供することを目的とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明における課題を解決するための手段及び発明の効果を以下に示す。
本発明に係る細胞集合体選別取得装置は、所定の培地中で細胞を培養し、前記細胞が立体的に凝縮した細胞集合体を形成するための細胞培養容器に前記培地を注入、除去するための培地注入・除去手段、前記細胞培養容器で培養されている前記細胞集合体の状態を示す画像である細胞集合体画像として取得する細胞集合体画像取得手段、前記細胞培養容器から培養した前記細胞集合体を取得するための細胞集合体取得手段、を有する細胞集合体選別取得装置であって、前記培地注入・除去手段に前記細胞培養容器から前記培地を除去させ、前記細胞集合体画像取得手段に前記細胞集合体画像を取得させ、前記細胞集合体画像から前記細胞集合体が所定の状態にあると判断すると、前記細胞集合体取得手段に前記細胞集合体を取得させ、前記細胞集合体画像から前記細胞集合体が所定の状態にないと判断すると、前記培地注入・除去手段に前記細胞培養器に前記培地を注入させる。
【００１６】
これにより、培養状態によって細胞集合体を選別し、自動的に、細胞集合体の取得、培養を行うことができる。
本発明に係る細胞集合体選別取得装置では、前記培地注入・除去手段に前記細胞培養容器から前記培地を除去させる際に、前記細胞培養容器において前記細胞集合体が前記培地から露出するまで、又は、前記培地から露出する直前まで、前記培地を除去させること、を特徴とする。
【００１７】
これにより、 培地の表面における光の屈折がないので、細胞集合体の位置を容易に判断することができる。また、培地の表面における光の屈折がないので、細胞集合体の大きさを正確かつ容易に判断することができる。さらに、細胞集合体が培地の外部に露出するので、細胞集合体を容易に取得することができる。
【００１８】
本発明に係る細胞集合体選別取得装置では、前記培地注入・除去手段に前記細胞培養容器から前記培地を除去させる際に、前記細胞培養容器における前記培地の液面の低下に合わせて、前記培地の除去位置を移動させること、を特徴とする。
【００１９】
これにより、細胞培養容器内で培養されている細胞及び細胞集合体を除去することなく、培地のみを除去することができる。
【００２０】
本発明に係る細胞集合体選別取得装置では、さらに、前記培地注入・除去手段に前記細胞培養容器から前記培地を除去させる際に、前記細胞培養容器内の前記細胞又は前記細胞集合体を所定の領域から外部に移動しないようにする移動制限手段を有すること、を特徴とする。
【００２１】
これにより、細胞培養容器内で培養されている細胞及び細胞集合体を除去することなく、培地のみを除去することができる。
本発明に係る細胞集合体選別取得装置は、さらに、複数の前記細胞培養容器を載置する細胞培養容器載置手段、を有し、前記細胞培養容器載置手段に前記細胞培養容器を、順次、所定の処理位置に移動させて、前記培地の除去、前記細胞集合体画像の取得、前記細胞集合体の取得、及び前記培地の注入を行うこと、を特徴とする。
【００２２】
これにより、複数の細胞培養容器に対して容易に培地の除去、細胞集合体画像の取得、細胞集合体の取得、及び培地の注入を行うことができる。
本発明に係る細胞集合体選別取得装置では、前記細胞培養容器載置手段は、所定の回転軸を中心に複数の前記細胞培養容器を載置し、前記回転軸を中心に回転することによって、前記細胞培養容器を前記処理位置へ移動させること、を特徴とする。
【００２３】
これにより、容易に細胞培養容器を所定の処理位置に配置することができる。
本発明に係る細胞集合体選別取得装置では、前記培地注入・除去手段に前記細胞培養容器から前記培地を除去させるのは、定期的な前記培地の交換時であること、を特徴とする。
【００２４】
これにより、培地交換以外の特別な作業を必要とせずに、細胞集合体を取得することができる。
本発明に係る細胞集合体の選別取得方法は、所定の培地内で細胞を培養し、前記細胞が立体的に凝縮した細胞集合体を形成するための細胞培養容器から培養された前記細胞集合体を取得するための細胞集合体選別取得方法であって、前記細胞培養容器から前記培地を除去し、前記細胞集合体の画像である細胞集合体画像を取得し、前記細胞集合体画像から前記細胞集合体が所定の状態にあると判断すると、前記細胞集合体を取得し、前記細胞集合体画像から前記細胞集合体が所定の状態にないと判断すると、前記細胞培養器に前記培地を注入すること、を特徴とする。
【００２５】
これにより、細胞集合体の培養状態によって、自動的に、細胞集合体の取得、培養を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】細胞集合体選別取得装置１００の全体構成を示す図である。
【図２】マイクロハンド１３４に用いる技術を説明するための図である。
【図３】マイクロハンド１３４に用いる技術を説明するための図である。
【図４】マイクロハンド１３４に用いる技術を説明するための図である。
【図５】マイクロハンド１３４に用いる技術を説明するための図である。
【図５ａ】細胞集合体選別取得装置１００の第１段階における動作を説明するための図である。
【図６】細胞集合体選別取得装置１００の第２段階における動作を説明するための図である。
【図７】細胞集合体選別取得装置２００の全体構成を示す図である。
【図８】従来の細胞集合体選別取得装置を示した図である。
【図９】従来の細胞集合体選別取得装置を示した図である。
【図１０】従来の細胞集合体選別取得装置を示した図である。
【図１１】細胞集合体選別取得装置３００の観察装置３３５に用いる技術を説明するための図である。
【図１２】細胞集合体選別取得装置３００の観察装置３３５に用いる技術を説明するための図である。
【図１３】細胞集合体選別取得装置３００の観察装置３３５に用いる技術を説明するための図である。
【図１４】細胞集合体選別取得装置３００の観察装置３３５に用いる技術を説明するための図である。
【図１５】細胞集合体選別取得装置４００の全体構成を説明するための図である。
【図１６】細胞集合体選別取得装置４００の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明していく。
【実施例１】
【００２８】
第１ 構成
本発明に係る細胞集合体選別取得装置１００は、立体的な集合体として培養された細胞である細胞集合体を選別し、所定の条件を満たした細胞集合体を取得する装置である。
【００２９】
ここで、細胞集合体選別取得装置１００が対象とする細胞集合体について説明する。細胞集合体とは、培養基質を用いずに、培地中で立体的な集合体として培養された細胞群をいう。細胞集合体の培養においては、培養途中、特に細胞が緩やかに固まりはじめ立体的な集合体を形成し始める段階において、細胞を吸い取ってしまうことなく、培地を交換する必要がある。この段階で、誤って細胞集合体の緩やかな塊をほぐしたり、細胞集合体の一部を吸い取ったりすると、最終的に形成された細胞集合体のサイズにばらつきが生じてしまう。このため、細胞集合体の形成過程において、適切に培地を交換することが重要となる。また、細胞集合体を所定の状態以上のサイズまで培養すると、細胞集合体の内部への酸素の拡散が悪くなり、細胞集合体の内部の細胞が死に始めてしまう。このため、適切な状態で、培養した細胞集合体を取得することも重要となる。
【００３０】
次に、細胞集合体選別取得装置１００の構成について図１を用いて説明する。ここで、細胞集合体選別取得装置１００は、無菌室に配置される。
【００３１】
細胞集合体選別取得装置１００は、マイクロプレート１０１を載置するマイクロプレート載置部１１０、マイクロプレート１０１に対して各種の処理操作を行う処理部１２０を有している。ここでは、マイクロプレート１０１として、複数のウェル、例えば９６ウェルを有するマイクロプレートを使用する。
【００３２】
マイクロプレート載置部１１０は、所定の回転軸１１１Ｊを中心に矢印ａ１方向へ回転する円形のテーブル１１１、テーブル１１１を内包する筐体１１３を有している。なお、テーブル１１１を回転させる回転機構、テーブル１１１の回転を回転制御機構については図示していない。
【００３３】
テーブル１１１には、複数のマイクロプレート１０１が載置される。マイクロプレート載置部１１０は、マイクロプレート１０１が載置されているテーブル１１１を回転させることによって、各マイクロプレート１０１の各ウェルを所定の処理位置（後述）に配置する。
【００３４】
処理部１２０は、処理ユニット１３０、
培地貯蔵装置１３６、及び廃棄培地貯蔵装置１３７を有している。培地貯蔵装置１３６は、内部に培地を貯蔵している。培地貯蔵装置１３６は、所定のコンプレッサ（図示せず）と接続されている。培地貯蔵装置１３６は、
コンプレッサによって、内部に貯蔵している培地を矢印ａ３方向へ送出する。廃棄培地貯蔵装置１３７は、所定の負圧ポンプ（図示せず）と接続されている。廃棄培地貯蔵装置１３７は、負圧ポンプによって、マイクロプレート１０１のウェルから除去された培地を一時的に貯蔵する。
【００３５】
処理ユニット１３０は、培地注入装置１３１、培地除去装置１３２、カメラ装置１３３、マイクロハンド１３４、及び収集トレイ１３５を有している。処理ユニット１３０は、テーブル１１１の回転方向に対して直交する矢印ａ１１、矢印ａ１３方向へ直線的に移動することができる。テーブル１１１によるマイクロプレート１０１の配置位置及び処理ユニット１３０の配置位置によって、マイクロプレート１０１の各ウェルを、処理ユニット１３０が最も処理しやすい位置（処理位置）に配置することができる。
【００３６】
培地注入装置１３１は、
マイクロプレート１０１の各ウェルへ培地を注入する。培地注入装置１３１は、培地貯蔵装置１３６と接続されている。培地注入装置１３１は、培地貯蔵装置１３６から培地を取得し、マイクロプレート１０１の各ウェルへ注入する。
【００３７】
培地除去装置１３２は、マイクロプレート１０１の各ウェルから培地を吸引し、各ウェルから培地を除去する。培地除去装置１３２は、廃棄培地貯蔵装置１３７と接続されている。培地除去装置１３２は、マイクロプレート１０１の各ウェルから培地を吸引し、取得した培地を矢印ａ７方向へ送出する。
【００３８】
培地注入装置１３１、培地除去装置１３２のそれぞれには、伸縮可能な管状部（図示せず）が配置されている。培地注入装置１３１は、培地を注入する際に、細胞塊が破壊されないように、管状部の先端を所定の位置まで伸長する。培地除去装置１３２は、培地を除去する際に、細胞塊が破壊されないように、各ウェルに貯留されている培地の内部の所定の位置まで管状部の先端を伸長する。
【００３９】
カメラ装置１３３は、
マイクロプレート１０１の各ウェルの画像を取得する。カメラ装置１３３は、マイクロプレート１０１の各ウェルの上方からの画像を取得する。
【００４０】
収集トレイ１３５は、マイクロハンド１３４によって取得した細胞塊を一時的に保持する。
【００４１】
１．マイクロハンド１３４
マイクロハンド１３４は、
マイクロプレート１０１の各ウェルから細胞集合体を取得する。マイクロハンド１３４は、特開２００６−２０４６１２号公報に開示されているバルーンアクチュエータを用いたフィンガーアクチュエータ１の所定の一又は複数のフィンガー部によって構成されている。以下において、
特開２００６−２０４６１２号公報に開示されているフィンガーアクチュエータについて図２〜図５を用いて説明する。
【００４２】
（１）全体構成
図２はフィンガーアクチュエータ１の全体構成を示している。フィンガーアクチュエータ１は、人の手の親指、人差し指、中指、薬指、小指に相当する５本（複数）のフィンガー部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅを備えている。各フィンガー部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅは関節部３において屈曲することができ、人の手のように物体の把持などを行うことができる。なお、フィンガーアクチュエータ１は、一本のフィンガー部によって構成されていてもよい。
【００４３】
親指に相当する第１フィンガー部２ａは、２つの関節部３を有し、他の指に相当する第２〜第５フィンガー部２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅは、それぞれ、３つの関節部３を有している。これらの関節部３は、空気圧によって曲がり運動を行うバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃによって構成されている。
【００４４】
このフィンガーアクチュエータ１は、１本のフィンガー部２の幅が１ｍｍ程度、長さが３〜３ｍｍ程度のいわゆるマイクロフィンガーであって、微小な対象物を取り扱うのに適している。
【００４５】
フィンガーアクチュエータ１は、各フィンガー部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅが取り付けられた治具（取付部）４を有している。この治具４は、空気注入用のチューブを取り付けるための８つ（複数）の空気注入部６を有している。これらの空気注入部６から空気各バルーンアクチュエータ５へのチャネル部（空気供給路）７が、治具４から各フィンガー部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅにわたって形成されており、各バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃへ空気を供給することができる。
【００４６】
親指に相当し、２つの関節部３（バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ）を有する第１フィンガー部２ａには、２つのチャネル部７が割り当てられており、２つの関節部３（バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ）を個別に駆動させることができる。
【００４７】
人差し指に相当する第２フィンガー部２ｂ及び中指に相当する第３フィンガー部２ｃは、３つの関節部３を有しているが、それぞれ、２つのチャネル部７が割り当てられている。一つ目のチャネル部７は最も治具４寄りの第１バルーンアクチュエータ５ａに割り当てられ、二つ目のチャネル部７は、フィンガー先端側の第２バルーンアクチュエータ５ｂ及び第３バルーンアクチュエータ５ｃに割り当てられている。したがって、これらのフィンガー部２ｂ，２ｃの第１バルーンアクチュエータ５ａと、第２及び第３バルーンアクチュエータ５ｂ，５ｃとは個別駆動が可能であるが、第２及び第３バルーンアクチュエータ５５ｂ，５ｃは、同時に動作する。
【００４８】
薬指に相当する第４フィンガー部２ｄ及び小指に相当する第５フィンガー部２ｅは、３つの関節部３を有しているが、それぞれ１つのチャネル部７が割り当てられている。したがって、これらのフィンガー部２ｄ，２ｅの第１〜第３バルーンアクチュエータ５ａ，５
ｂ，５ｃは、同時に動作する。
【００４９】
（２）フィンガー部の構造及び動作
図３は、第４又は第５フィンガー部２ｄ，２ｅの断面図を示している。なお、第１〜第３フィンガー部２ａ，２ｂ，２ｃについても、バルーンアクチュエータの数やチャネル数が異なるだけで、基本的構造は、第４又は第５フィンガー部２ｄ，２ｅと同様である。そこで、以下では、図２に示すフィンガー部２ｄ，２ｅを、単に、フィンガー部２とよぶ。
【００５０】
フィンガー部２は、２つのシリコーンラバー層１１，１２から構成されており、全体が１ｍｍ以下の薄く柔軟な構造となっている。具体的には、フィンガー部２は、シリコーンラバーフィルムからなる第１膜体１１と、同じくシリコーンラバーフィルムからなる第２膜体１１とを積層して構成されている。
【００５１】
第１膜体１１と第２膜体１２との間には、部分的に、空気が供給されて膨張する空間１３と、当該空間１３へ空気を供給するためのチャネル部（空気供給路）７と、が形成されている。フィンガー部２のうち、空間１３が形成された部分はバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃとして機能する。空間１３及びチャネル部７は、空間１３及びチャネル部７に相当する部分の第１膜体１１を凹状形成することによって形成されている。なお、第２膜体１２はフラットに形成されている。
【００５２】
なお、空間１３は、幅方向寸法よりも長手方向寸法が大きい形状（矩形状）に形成されている。ただし、空間１３の形状は特に限定されるものではない。
【００５３】
また、フィンガー部２において、関節部３となるバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃの間の範囲１４ａ，１４ｂ、第１バルーンアクチュエータ５ａよりも治具（取付部）４側の範囲１５ａ、及び第３バルーンアクチュエータ５ａよりも先端側１５ｂの範囲は、曲がり運動が実質的に生じない基部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂとされている。
【００５４】
第１膜体１１及び第２膜体１２は、シリコーンラバーの一種であるＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）薄膜によって構成されている。第１実施形態のフィンガー部２は、ＰＤＭＳだけで形成されているため、全体が柔軟であり、（把持）対象物の損傷を防止することができる。
【００５５】
バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，４ｃを構成する第１膜体１１と第２膜体１２は、それぞれ厚さが異なっている。具体的には、第１膜体１１において、バルーンアクチュエータ５に相当する部分（凹状形成された部分）の厚さＴｔよりも、第２膜体１２の厚さＴｂが大きくなっている。
【００５６】
また、第１膜体１１と第２膜体とは、ともにＰＤＭＳによって形成されているが、それぞれ硬度が異なっている。具体的には、第１膜体１１は、第２膜体１２よりも硬度が低く形成されている。
【００５７】
なお、膜体１１，１２の厚さや硬度を異ならせる方法については後述する。
【００５８】
第１膜体１１と第２膜体１２は、ともに伸縮自在なシリコーンラバーによって形成されているため、両膜体１１，１２のうちバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃを構成する部分は、空間１３内に供給された空気の圧力Ｐによって、風船のように、その表面積を拡げつつ伸びて膨張することができる。そして、これらのバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃは、全体が柔軟な材料であるＰＤＭＳ（シリコーンラバー）によって形成されているため、従来のバルーンアクチュエータに比べて低い圧力で膨張することができる。例えば、従来のバルーンアクチュエータでは膨張するために数百ｋＰａ必要であったが、バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃでは、１００ｋＰａ以下で膨張することができる。
【００５９】
バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃでは、第１膜体１１が、第２膜体１２よりも薄く柔らかいため、同じ圧力下でも、第１膜体１１は第２膜体１２よりも大きく膨張することができる。換言すると、第２膜体１２は、第１膜体１１よりも厚く硬度が高いため、同じ圧力下では第１膜体１１よりも小さく膨張することしかできない。
【００６０】
図４及び図５は、図３のバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃの膨張の様子を示している。
【００６１】
図４は、空気圧Ｐが、ある圧力Ｐｓａｔ未満である場合における膨張の様子を示しており、この場合、バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃを構成する第１膜体１１及び第２膜体１２は、空気圧Ｐによって共に膨張するものの、薄く柔らかい第１膜体１１の方が、より大きく膨張する。
【００６２】
膜体１１，１２が膨張すると、それぞれの膜体１１，１２において、図示のような引っ張り応力Ｆｔ、Ｆｂが発生する。
【００６３】
ここで、図３では、第２バルーンアクチュエータ５ｂについて注目すると、引っ張り応力Ｆｔ、Ｆｂは、当該バルーンアクチュエータ５ｂの両側にある基部１４ａ，１４ｂを近づける方向の力となる。図３の状態では、第１膜体１１に発生する引っ張り応力の方が第２膜体１２に発生する引っ張り応力よりも大きくなっている（Ｆｔ＞Ｆｂ）。このため、バルーンアクチュエータ５ｂは、より大きな引っ張り応力Ｆｔによって、基部１４ｂが基部１４ａに対して上方に移動する曲がり運動を行う。すなわち、図３の状態では、第１膜体１１の膨張方向と同じ方向への曲がり運動が生じる。
【００６４】
図４において、第１膜体１１の引っ張り応力Ｆｔが第２膜体１２の引っ張り応力Ｆｂよりも大きくなるのは次の理由のためである。つまり、厚く硬度の高い第２膜体１２では、空気圧Ｐが比較的低い場合には、大きな引っ張り応力を生じさせるほどの伸びがほとんど生じないため、第２膜体１２で発生する引っ張り応力Ｆｂも小さくなる。これに対して、薄く柔らかい第１膜体１２では、比較的低い空気圧Ｐであっても十分な伸びが生じて大きく膨張するため、第１膜体１１で発生する応力Ｆｔも大きくなる。
【００６５】
そして、第２バルーンアクチュエータ５ｂと同様の曲がり運動が、他のバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂについても生じ、フィンガー部２全体が、上方への曲がり運動を行う。
【００６６】
図５は、空気圧Ｐがある圧力Ｐｓａｔよりも大きくなった場合における膨張の様子を示しており、この場合、フィンガー部２は図４とは逆方向（下方）への曲がり運動を行う。
【００６７】
空気圧Ｐが大きくなると、バルーンアクチュエータを構成する第１膜体１１及び第２膜体１２はさらに伸びて膨張する。
【００６８】
図４での第２膜体１２の膨張（伸び）は僅かであったが、圧力が十分に高くなることで、厚く硬度の高い第２膜体１２においても大きな引っ張り応力Ｆｂが生じるほどの十分な膨張（伸び）が生じる。
【００６９】
しかも、第２膜体１２は、第１膜体１１よりも厚く硬度が高いため、一旦十分な伸びが生じた場合の第２膜体１２における引っ張り応力Ｆｂは、第１膜体１１において生じる引っ張り応力Ｆｔよりも大きくなる。
【００７０】
つまり、図４では、Ｆｔ＜Ｆｂであり、バルーンアクチュエータ５ｂは、より大きな引っ張り応力ＦｂによってＦｔに打ち勝ち、基部１４ｂが基部１４ａに対して下方に移動する曲がり運動を行う。すなわち、図５の状態では、第２膜体１２の膨張方向と同じ方向への曲がり運動が生じる。
【００７１】
そして、第２バルーンアクチュエータ５ｂと同様の曲がり運動が、他のバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂについても生じ、フィンガー部２全体が、下方への曲がり運動を行う。
【００７２】
なお、第２膜体１２の引っ張り応力による曲がり運動の最大移動量は、第１膜体１２の引っ張り応力による曲がり運動の最大移動量よりも大きくなっている。
【００７３】
また、上記のフィンガーアクチュエータ１では、第２膜体１２側が人間の手のひら側に相当し、図４の曲がり運動が人間の手による把持動作に類似したものとなる。
【００７４】
以上のように、バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃによれば、２つの方向への曲がり運動が可能である。すなわち、従来のバルーンアクチュエータでは、１方向動作だけであったのに対して、第１実施形態に係るバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃでは２方向動作が可能である。
【００７５】
また、バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃによれば、空気圧Ｐによって曲がり運動方向を変えることができる。従来のバルーンアクチュエータでは、空気圧を変化させると、運動量（移動量）を変えることはできたが、運動方向まで変えることはできない。これに対して、第１実施形態に係るバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃでは、空気圧Ｐの変化によって運動量（移動量）を変えるとともに、空気圧Ｐをある圧力Ｐsatよりも小さくしたり大きくしたりすることで、曲がり運動の方向を変えることもできる。
【００７６】
したがって、バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃに供給される空気圧（流体圧）を検出する圧力センサ（図示せず）と、圧力センサで検出した圧力値に基づきバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃに供給される圧力を制御する制御装置（図示せず）と、を備えることで、曲がり運動量、曲がり運動方向を自在に制御することができる。
【００７７】
なお、圧力センサは、バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃの空間１３内や、チャネル部７内に設けることができる。また、制御装置は、マイクロコンピュータ・メモリなどを有するコンピュータと、コンピュータからの信号に基づき圧力を調節する電空レギュレータによって構成することができる。
【００７８】
さらに、圧力センサに代えて、歪みセンサ（図示せず）を設けて、各膜体１１，１２に発生する引っ張り応力を検出してもよい。歪みセンサを設ける場合、第１膜体１１と第２膜体１２のバルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃに相当する部分に、それぞれ歪みセンサを配置し、各膜体１１，１２に発生する引っ張り応力を個別に検出して、こられの検出値に基づいて、制御装置がバルーンアクチュエータ５に供給する圧力を制御すればよい。
【００７９】
また、バルーンアクチュエータ５に供給される空気圧は、チャネル部７ごとに個別制御することができ、これにより、フィンガーアクチュエータ１は、人間の手に類似した複雑な動作を行うことができるとともに、２方向運動が可能であることから、人間の手よりも一層複雑な動作を行うこともできる。
【００８０】
上記フィンガーアクチュエータ１では、前述のように、第２膜体１２側で物体（対象物）を把持することができる。そして、第２膜体１２は、曲がり運動が生じているときでも、膨張量が少ないため、対象物を把持する把持面（作用面）として好適である。なお、従来のバルーンアクチュエータでは、大きく膨張する方向に曲がりが生じるため、この膨張面を把持面とするのが困難である。
【００８１】
また、上記フィンガーアクチュエータ１では、図１２の従来構造に比べて、効率が向上している。すなわち、加圧圧力（空気圧）とそれによって生じる力の関係を測定すると、上記フィンガーアクチュエータ１では、高い効率が得られた。これは、ＰＤＭＳが非常に柔軟な材料であることに加え、２枚のＰＤＭＳ膜の組み合わせにおいて、薄い膜と厚い膜を用いているため、加圧圧力が力（変位ではなく）として有効に使われているためと考えられる。
【００８２】
また、フィンガー部２において、バルーンアクチュエータ５ａ，５ｂ，５ｃによって構成される関節部３以外の範囲（基部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ）には、不必要な屈曲を防止するための補強部（図示せず）を設けても良い。補強部は、フィンガー部２の基部表面に取り付けても良いし、第１膜体１１及び／又は第２膜体１２の内部に設けても良い。
【００８３】
第２ 動作
次に、細胞集合体選別取得装置１００の動作を説明する。細胞集合体選別取得装置１００は、細胞の培養過程における、細胞が緩やかに固まりはじめる段階である第１段階と、細胞がある程度固まった第２段階とで、異なる動作を行う。このように第１段階と第２段階とで異なる動作としたのは、第１段階において、培地交換の際に誤って細胞の一部を吸い取ったり、細胞の緩やかな塊をほぐしたりすると、最終的に形成される細胞集合体に生ずるサイズのばらつきを防止するためである。
【００８４】
１．第１段階の動作
細胞集合体選別取得装置１００の第１段階における動作について図５ａを用いて説明する。ここで、図５ａＡに示すように、マイクロプレート１０１には、各ウェルに培地Ｍが注入されている。各ウェルでは、培地Ｍ中で細胞集合体Ｃが培養されている。
【００８５】
細胞集合体選別取得装置１００は、所定の時間、例えば定期的な培地交換の時間になると、テーブル１１１及び処理ユニット１２０を動作させて、テーブル１１１に載置されている一のマイクロプレート１０１の一のウェルを所定の処理位置に配置させる。図５ａＢに示すように、細胞集合体選別取得装置１００は、培地除去装置１３２の管状部１３２ａを所定の位置まで伸長させる。これにより、管状部１３２ａの先端Ｔを各ウェルの培地Ｍの内部に位置させる。細胞集合体選別取得装置１００は、培地除去装置１３２を用いて、ウェル内の培地Ｍを吸引し、排気培地貯蔵装置１３７への送出を開始する。
【００８６】
図５ａＣに示すように、培地除去装置１３２は、培地の除去にともなう培地液面Ｓの矢印ａ５１方向への低下に合わせて、管状部１３２ａの先端Ｔを矢印ａ５３方向へ移動させる。ウェルの培地の量、ウェルの平面面積、吸引する培地の時間量等から、ウェルにおける培地液面Ｓの低下速度を予め算出することができる。よって、算出した培地液面Ｓの低下速度に合わせて、管状部１３２ａの先端Ｔの移動速度を算出する。培地液面Ｓの低下に合わせて、管状部１３２ａの先端Ｔを移動させることによって、ウェルの下部の培地を攪拌することなく、また、ウェルの下部に位置する細胞集合体Ｃを破壊することなく、培地を除去することができる。
【００８７】
図５ａＤに示すように、培地除去装置１３２は、最初の培地の量の５０％〜６０％を除去する。細胞集合体選別取得装置１００は、培地Ｍの除去が終了すると、管状部１３２ａの先端Ｔを短縮させ、元の状態とする。
【００８８】
図５ａＥに示すように、細胞集合体選別取得装置１００は、培地の除去が終了すると、培地注入装置１３１の管状部１３１ａをウェルの所定の位置まで伸長させる。そして、ウェルの内部に培地貯蔵装置１３６に貯蔵されている新しい培地Ｍを注入する。なお、注入する培地Ｍの量は、予め設定しておく。培地Ｍの注入が終了すると、細胞集合体選別取得装置１００は、次のウェルを処理位置に移動させ、図５ａＡ〜図５ａＥの処理を繰り返す。
【００８９】
２．第２段階の動作
細胞集合体選別取得装置１００の第２段階における動作について図６を用いて説明する。ここで、図６Ａに示すように、マイクロプレート１０１には、各ウェルに培地Ｍが注入されている。各ウェルでは、培地Ｍ中に一つの細胞集合体Ｃが培養されている。細胞集合体Ｃが培養されているマイクロプレート１０１が、複数、テーブル１１１に載置されているものとする。
【００９０】
細胞集合体選別取得装置１００は、所定の時間、例えば定期的な培地交換の時間になると、テーブル１１１及び処理ユニット１２０を動作させて、テーブル１１１に載置されている一のマイクロプレート１０１の一のウェルを所定の処理位置に配置させる。図６Ｂに示すように、細胞集合体選別取得装置１００は、培地除去装置１３２の管状部１３２ａを所定の位置まで伸長させる。これにより、管状部１３２ａの先端Ｔを各ウェルの培地Ｍの内部に位置させる。細胞集合体選別取得装置１００は、培地除去装置１３２を用いて、ウェル内の培地Ｍを吸引し、排気培地貯蔵装置１３７へ送出する。培地除去装置１３２は、ウェル内の細胞集合体Ｃを、一時的に、培地Ｍから露出させるまで培地を除去する。なお、除去する培地Ｍの量は、予め設定しておく。細胞集合体選別取得装置１００は、培地Ｍの除去が終了すると、管状部１３２ａの先端Ｔを短縮させ、元の状態とする。
【００９１】
次に、図６Ｃに示すように、カメラ装置１３３を動作させて、細胞集合体Ｃを含むウェルの画像である細胞集合体画像を取得する。細胞集合体選別取得装置１００は、取得した細胞集合体画像から細胞集合体の大きさを判断する。ウェルから培地を除去し、細胞集合体を露出させているので、細胞集合体画像から細胞集合体Ｃの位置及び大きさを正確かつ容易に判断することができる。なお、細胞集合体画像から細胞集合体を特定する技術については、一般的な画像処理技術を適宜選択して用いる。
【００９２】
図６Ｄに示すように、細胞集合体選別取得装置１００は、細胞集合体Ｃが所定の状態、例えば最大直径５０μｍ〜１００μｍの大きさであると判断すると、マイクロハンド１３４を伸長させる。細胞集合体選別取得装置１００は、マイクロハンド１３４を用いて細胞集合体Ｃをウェルから取得する。細胞集合体選別取得装置１００は、マイクロハンド１３４の動作に合わせて、収集トレイ１３５を動作させて、マイクロハンド１３４の近傍の所定の位置に配置させる。なお、収集トレイ１３５には、所定量の培地を注入しておく。
【００９３】
図６Ｅに示すように、細胞集合体選別取得装置１００は、マイクロハンド１３４を用いて取得した細胞集合体Ｃを収集トレイ１３５へ移動させる。これにより、所定の状態に培養された細胞集合体Ｃを自動的に取得することができる。
【００９４】
なお、図６Ｆに示すように、細胞集合体選別取得装置１００は、細胞集合体Ｃが所定の状態にないと判断すると、培地注入装置１３１の管状部１３１ａをウェルの所定の位置まで伸長させる。そして、ウェルの内部に培地貯蔵装置１３６に貯蔵されている新しい培地Ｍを注入する。なお、注入する培地Ｍの量は、予め設定しておく。細胞集合体Ｃの取得又は新しい培地Ｍの注入が終了すると、細胞集合体選別取得装置１００は、次のウェルを処理位置に移動させ、図６Ｂ〜図６Ｆの処理を繰り返す。
【実施例２】
【００９５】
前述の実施例１における細胞集合体選別取得装置１００は、無菌室で利用するものであった。本実施例における細胞集合体選別取得装置２００は、実験室の机の上等、無菌環境でない状態で使用するものである。なお、以下においては、実施例１と同様の構成については、実施例１と同様の符号を付している。また、実施例１と同様の構成については、その説明を省略する。
【００９６】
１．構成
細胞集合体選別取得装置２００の構成ついて図７を用いて説明する。細胞集合体選別取得装置２００は、無菌シェル２１１、恒温・換気装置２１３、小型コンプレッサ２１５、小型負圧ポンプ２１７を有している。無菌シェル２１１は、処理ユニット１３０を内包する。恒温・換気装置２１３は、マイクロプレート載置部１１０に接続される。恒温・喚起装置２１３は、外部から空気を取得し、取得した空気を所定の温度に調節し、また、所定のフィルタを用いて取得した空気を洗浄する。恒温・喚起装置２１３は、温度を調節し洗浄した空気をマイクロプレート載置部１１０の内部へ送出する。また、恒温・喚起装置２１３は、マイクロプレート載置部１１０から空気を吸引し外部へ排出する。恒温・喚起装置２１３は、マイクロプレート載置部１１０の内部を所定の状態に維持する。
【００９７】
小型コンプレッサ２１５は、培地貯蔵装置１３６に接続される。小型負圧ポンプ２１７は、廃棄培地貯蔵装置１３７に接続される。小型コンプレッサ２１５、小型負圧ポンプ２１７、それぞれの機能は、実施例１におけるコンプレッサ、負圧ポンプと同様である。
なお、細胞集合体選別取得装置２００の動作については、実施例１における細胞集合体選別取得装置１００と同様である。
【実施例３】
【００９８】
前述の実施例１における細胞集合体選別取得装置１００では、マイクロハンド１３４によって取得した細胞集合体をマイクロプレート１０１から収集トレイ１３５へ移動させて、所定の細胞集合体を収集することとしたが、本実施例における細胞集合体選別取得装置３００は、取得した細胞集合体を収集以外の観察する観察装置３３５に提供する。以下においては、細胞集合体選別取得装置３００について説明する。
【００９９】
第１ 構成
細胞集合体選別取得装置３００は、細胞集合体選別取得装置１００に観察装置３３５を付加したものである。観察装置３３５は、マイクロハンド１３４が所定の細胞集合体を取得した後に、収集トレイ１３５と同様に、マイクロハンド１３４に対して所定の位置まで移動し、取得した細胞集合体について観察を行えるようにするものである。
【０１００】
細胞集合体選別取得装置３００では、使用者の判断、若しくは、自動的に、マイクロハンド１３４によって取得した細胞集合体を収集トレイ１３５に収集するか、観察装置３３５等の他の装置で利用するかを選択できるように構成されている。
【０１０１】
観察装置３３５は、特開２００８−１２９５１２号公報に開示されている微小観察対象物用の観察装置２０Ｚを用いて構成される。但し、以下の点において、観察装置３３５は、観察装置２０Ｚと異なる。観察装置２０Ｚでは複数の観察対象物Ｗを対象として観察を行うが、観察装置３３５では、マイクロハンド１３４によって取得した１つの細胞集合体を対象として観察を行う。また、観察装置３３５は、マイクロハンド１３４が観察対象物を取得した状態で観察を行う。観察装置３３５のその他の構成については、観察装置２０Ｚと同様である。
【０１０２】
以下において、 特開２００８−１２９５１２号公報に開示されている観察装置２０Ｚについて図１１〜図１４を用いて説明する。
【０１０３】
１．観察装置２０Ｚ
図１１は観察装置２０Ｚの斜視図である。図１２は観察装置２０Ｚの分解斜視図である。図１３はこの観察装置２０Ｚのブロック図である。
【０１０４】
観察装置２０Ｚは、イメージセンサ１１Ｚを備えたビジョン回路１０Ｚと、細胞等の微小な観察対象物Ｗを表面側に多数存在させる保持部材１Ｚとを備えている。図例の保持部材１Ｚはシート状の部材であり、以下において、保持部材１Ｚを観察シートと呼んで説明する。そして、観察シート１Ｚはビジョン回路１０Ｚ上に積み重ね状に搭載されており、具体的には、観察シート１Ｚとビジョン回路１０Ｚとは積層状態にある。さらに、図例の観察装置２０Ｚではビジョン回路１０Ｚと観察シート１Ｚとの間に光学シート７Ｚが積層状態で介在している。
【０１０５】
図１３において、ビジョン回路１０Ｚは、観察装置２０Ｚが備えているコンピュータ２３Ｚと繋がっており、相互の間で信号の送受信が行われる。このコンピュータ２３Ｚは観察装置２０Ｚ全体の動作を制御したり、観察して得た情報を処理したり、情報を蓄積したりする。ビジョン回路１０Ｚは、プリント基板１３Ｚ（図１２参照）上に、イメージセンサ１１Ｚと、イメージセンサ１１Ｚから送られた映像信号を処理する画像処理回路部（イメージプロセッサ）１２Ｚとを備えている。また、ビジョン回路１０Ｚは記憶手段（メモリ）１４Ｚを備えており、イメージセンサ１１Ｚが取り込んだ映像信号を一時的に記憶したり、画像処理回路部１２Ｚが処理した画像データを記憶したりする。なお、この記憶手段１４Ｚは、ビジョン回路１０Ｚ上に設けられる以外に、コンピュータ２３Ｚに設けられていてもよい。
【０１０６】
イメージセンサ１１Ｚは多数の微小な画素（受光素子）を有する画像素子であり、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサとすることができる。画像処理回路部１２Ｚは、イメージセンサ１１Ｚが取り込んだ映像信号及び記憶手段１４Ｚに記憶させた画像データの色調補正や解像度変更等の画像処理を行う機能を有している。なお、イメージセンサ１１Ｚと画像処理回路部１２Ｚとは、例えば従来知られているデジタルカメラが備えているものを利用することができる。
【０１０７】
図１１及び図１２において、観察シート１Ｚは光透過性を有する部材、例えば透明の樹脂により形成されており、シリコンラバーにより成形することができる。観察シート１Ｚは、ビジョン回路１０Ｚ上に積層状態で設けられる本体部２Ｚと、本体部２Ｚの一部に形成されている観察部３Ｚとを備えている。本体部２Ｚは、イメージセンサ１１よりも広い面積に設定されており、図例ではビジョン回路１０Ｚと同じ（略同じ）大きさとしている。そして、本体部２Ｚの中央部に観察部３Ｚが形成されている。観察部３Ｚはイメージセンサ１１Ｚに対応する位置に微小な観察対象物Ｗを存在させる部分である。観察部３Ｚの表面側に細胞等の微小な観察対象物Ｗを載せることができ、この観察部３Ｚの裏側部及び光学シート７Ｚを通してイメージセンサ１１Ｚが観察対象物Ｗの像をそのまま（直接的に）取り込むことができる。つまり、観察対象物Ｗを微小な大きさのままでとらえることができる。このように、観察シート１Ｚは、ビジョン回路１０Ｚのイメージセンサ１１Ｚ上に積層状態で設けられている。観察シート１Ｚは、その全部が透明であってもよく、又は、観察部３Ｚの観察面（表面３ａＺ）よりも裏面側が少なくとも光を透過させるものであってもよい。
【０１０８】
また、観察装置２０Ｚにおいて、観察シート１Ｚはビジョン回路１０Ｚから取り外し可能である。つまり、観察シート１Ｚは、光学シート７Ｚをビジョン回路１０Ｚに残してビジョン回路１０Ｚから取り外すことができる。このために、観察シート１Ｚは光学シート７Ｚの上に取り外し可能に載置させた状態で設けられている。この場合、光学シート７Ｚの表面７ａＺが観察シート１Ｚ用の載置面となる。なお、図示しないが、本発明の観察装置２０Ｚにおいて、光学シート７Ｚを省略することもできる。すなわち、ビジョン回路１０Ｚの上に観察シート１Ｚが直接載せられた状態にあり、観察シート１Ｚはビジョン回路１０Ｚの上に取り外し可能に載置させた状態で設けられている。この場合、ビジョン回路１０Ｚの表面１０ａＺが観察シート１Ｚ用の載置面となる。
【０１０９】
図１１及び図１２の形態において、観察シート１Ｚは光学シート７Ｚの表面（載置面）７ａＺに載せられているが、観察シート１Ｚを載置面７ａＺに載せる際、載置面７ａＺと観察シート１Ｚとの間に光学レンズ用の油等の液体を介在させるのが好ましい。または、載置面７ａＺと観察シート１Ｚとの間から気体を除き、両者間を観察シート１Ｚの表面１ａＺ側に対して負圧とするのが好ましい。これにより、載置面７ａＺに観察シート１Ｚを密着させることができると共に、観察終了後、観察シート１Ｚを載置面７ａＺから容易に取り外すことができる。
【０１１０】
観察シート１Ｚは、観察部３Ｚにおいて、観察対象物Ｗを吸引することによって位置保持する吸引部４Ｚを有している。吸引部４Ｚは観察シート１Ｚ内に形成された微小な断面積の流路５Ｚを有している。流路５Ｚは、一端が観察シート１Ｚの観察部３Ｚの表面３ａＺに開口し、他端が観察シート１Ｚの観察部３Ｚ以外の部分に開口している。具体的には、流路５Ｚの他端は観察シート１Ｚの本体部２Ｚの周縁部で開口しており（開口部５ｂＺ）、例えば、図１２に示しているように、本体部２Ｚの表面２ａＺの周縁部の一部で開口したり、図示しないが、本体部２Ｚの側面２ｂＺで開口したりできる。なお、流路５Ｚ及びその一端の開口部５ａＺは複数（多数）形成されており、一つの開口部５ａＺに対して一つの観察対象物Ｗを対応させることができる。また、一条の流路５Ｚが分岐して複数の開口部５ａＺを有していても良い。また、開口部５ａＺは格子状や千鳥状に配列されている。一方、各流路５Ｚの他端は一つの開口部５ｂＺに集約されている。
【０１１１】
そして、開口部５ｂＺに、図示しない吸引装置（ポンプ）を接続している。吸引装置は、観察部３Ｚの表面３ａＺの周辺の気体を流路５Ｚを通じて吸引することができ、これにより、流路５Ｚの一端の開口部５ａＺに微小な観察対象物Ｗを吸着して固定することができ、多数の観察対象物Ｗを観察シート１Ｚに位置保持させることができる。なお、言うまでもないが、流路５Ｚの一端の開口部５ａＺの孔は観察対象物Ｗよりも小さく設定されている。
【０１１２】
光学シート７Ｚは、ビジョン回路１０Ｚと観察シート１Ｚとの間に介在しており、イメージセンサ１１Ｚと観察部３Ｚとの間に積層状態で介在していればよい。光学シート７Ｚは様々なものを採用できるが、例えば、観察対象物Ｗが発光又は蛍光した光のうちの特定範囲の波長の光（例えば特定の色等）を選択して透過させる機能を備えた光学的フィルタとすることができる。この場合、イメージセンサ１１Ｚへ所望の光を透過させることができ、イメージセンサ１１Ｚは観察対象物Ｗの像や発光した様子を明確にとらえることができる。
【０１１３】
他の光学シート７Ｚとして、観察対象物Ｗの光を集光する（指向性を持たせる）機能を備えたレンズフィルムとすることができる。この場合、微弱な光であっても、イメージセンサ１１Ｚに向かって光を透過させることができ、イメージセンサ１１Ｚは観察対象物Ｗの像や発光した様子を明確にとらえることができる。または、他の光学シート７Ｚとして、実質的な拡大縮小を行わないで焦点の微調整を行う機能や、色彩や明度を補正したり調整したりする機能を備えたもの等がある。
【０１１４】
さらに、他の光学シート７Ｚとして、ビジョン回路１０Ｚと観察シート１Ｚとの間の距離を調整するための光透過性を有するシートや、ビジョン回路１０Ｚを保護するための光透過性を有する保護シートであってもよい。また、光学シート７Ｚを組み合わせて複数枚用いてもよい。
【０１１５】
このように、光学シート７Ｚを介在させることによって、その機能により、観察対象物Ｗの適切な画像を得ることができる。また、光学シート７Ｚは、観察シート１Ｚよりも薄いものや、同程度の厚さのものがある。
【０１１６】
光学シート７Ｚは、ビジョン回路１０Ｚと一体として形成されていてもよいが、ビジョン回路１０Ｚから取り外し可能であってもよい。取り外し可能とした場合では、光学シート７Ｚをビジョン回路１０Ｚから取り外し、他の機能を有する光学シート７Ｚに入れ替えたり、同じ機能であっても別の（例えば厚さの異なる）光学シート７Ｚに入れ替えたりできる。これにより、観察対象物Ｗの種類や大きさが異なっても、光学シート７Ｚを変更することによって例えば焦点等を微調整することができ、同じイメージセンサ１１Ｚによって適切な画像データを得ることができる。また、一つのビジョン回路１０Ｚに対して複数の光学シート７Ｚを予め準備しておき、観察対象物Ｗに応じて光学シート７Ｚを選択して適用してもよい。
【０１１７】
図１３において、観察装置２０Ｚは、ビジョン回路１０Ｚが得た画像データに基づく画像を表示するモニタ（表示手段）２４Ｚを更に備えている。モニタ２４Ｚはコンピュータ２３Ｚのインターフェースに繋がっているものとすることができる。
【０１１８】
また、図示しないが、観察シート１Ｚは観察対象物Ｗからの電気信号を受けるための電極を有していても良い。この場合、例えば、流路５Ｚの一端の開口部５ａＺに電極を設け、この電極と、観察シート１Ｚの外部に設けた計測器（例えばアンプ付き電流計）とを導出線で繋げる。そして、後述する処理手段２２Ｚにより観察対象物Ｗに対して化学的又は電気的な刺激を与える等の観察のための処理をして、この刺激に応答する観察対象物Ｗからの信号を、前記電極を通じて計測器が計測することができる。
【０１１９】
なお、観察対象物Ｗとしての細胞の大きさ（直径）が５μｍ〜１００μｍ程度に対して、イメージセンサ１１Ｚの一つの画素の大きさは１μｍ〜５０μｍ程度のものを採用することができる。一つの画素が観察対象物Ｗの大きさと同程度乃至小さい場合は、一つの観察対象部Ｗの画像乃至そのうちの一部の画像を得ることができる。また、一つの画素のサイズ（ピクセルサイズ）が観察対象物Ｗの大きさよりも大きくても良く、この場合であっても、例えば、観察対象物Ｗが反応して明度の変化等が生じたことを、このイメージセンサ１１Ｚを利用して検出することができる。
【０１２０】
観察装置２０Ｚによれば、観察シート１Ｚの観察面（表面）１ａＺに細胞を多数存在させ、この観察シート１Ｚをビジョン回路１０Ｚ上に積み重ね状（積層状）に搭載することにより、観察シート１Ｚに多数存在している微小な観察対象物Ｗの像を拡大しなくても、微小な大きさのままでイメージセンサ１１Ｚによりとらえることができ、この画像を処理し、画像データを記憶させたり、その画像をモニタ２４Ｚに表示させたりすることができる。つまり、多数の画素を有するイメージセンサ１１Ｚと、微小な観察対象物Ｗを存在させた観察シート１Ｚとを近接配置し、イメージセンサ１１Ｚは観察対象物Ｗを実質的に等倍率で撮像する方法によって、観察対象物Ｗを観察することができる。したがって、従来、細胞等を光学的に観察する際に像を拡大するために利用していた顕微鏡を介在させなくても、本発明によれば、微小な細胞の画像を取得することができる。これにより観察装置のコストを低減できる。
【０１２１】
なお、前記「実質的に等倍率」とは、観察対象物Ｗを拡大縮小させない場合の他に、人目で確認することができない程度に観察対象物Ｗを拡大する場合も含む。具体的には例えば前記光学シート７を利用することによって二倍まで拡大する場合を含む。すなわち、「実質的に等倍率」は、従来のような顕微鏡によって人目で確認することができる程度に観察対象物Ｗを拡大（例えば５０倍や１０００倍に拡大）する場合とは異なる。
【０１２２】
さらに、イメージセンサ１１Ｚと観察シート１とを「近接配置し」とは、イメージセンサ１１Ｚと観察シート１Ｚとの間を、観察シート１Ｚの厚さの二倍の値以下の場合と定義することができる。
【０１２３】
そして、観察装置２０Ｚでは、観察シート１Ｚをビジョン回路１０Ｚから取り外すことができるので、観察対象物Ｗを存在させた観察シート１Ｚを次々と取り換えて観察することができる。特にバイオ実験では、観察対象物Ｗを存在させる観察シート１Ｚの再利用は好ましくない場合があるが、観察装置２０Ｚによれば、ビジョン回路１０Ｚを残して観察シート１Ｚのみを使い捨てにすることもでき、経済的である。
【０１２４】
図１４は、観察装置２０Ｚを備えた観察システムを説明する説明図である。観察システム２０Ｚは、ビジョン回路１０Ｚ及び観察シート１Ｚを備えた観察装置と、観察装置２０Ｚのビジョン回路１０Ｚから観察シート１Ｚを取り換える搬送手段２１Ｚとを備えている。なお、図１４の観察システムは、図１１に示した観察装置２０Ｚを備えたものであり、ビジョン回路１０Ｚと観察シート１Ｚとの間に光学シート７Ｚが介在している。
【０１２５】
搬送手段２１Ｚは、観察シート１Ｚをビジョン回路１０Ｚ（光学シート７Ｚ）から取り外したり、別の観察シート１Ｚをビジョン回路１０Ｚ（光学シート７Ｚ）上に設置させたりするロボットアームである。搬送手段２１Ｚはコンピュータ２３Ｚからの指令信号に従って制御される。搬送手段２１Ｚは、観察シート１Ｚを挟むことにより観察シート１Ｚを持ち上げて移動させることができる一対の爪部材２６Ｚと、一対の爪部材２６Ｚを相互接近離反させる駆動部（図示せず）と、爪部材２６Ｚを移動させる移動部（図示せず）とを有する構成である。なお、搬送手段２１Ｚの形式はその他のものであってもよく、例えば、観察シート１Ｚを吸引することができる吸引具と、この吸引具を移動させる移動部とを有しているものであってもよい。この観察システムによれば、搬送手段２１Ｚが、ビジョン回路１０Ｚに対して観察シート１Ｚのみを自動的に取り換えることができ、観察作業が行いやすくなる。
【０１２６】
また、この観察システムは、観察装置２０Ｚと、この観察装置の観察シート１Ｚに存在する微小な観察対象物Ｗに対して処理を施す処理手段２２Ｚとを備えている。図１６において、処理手段２２Ｚは、観察シート１Ｚ上の観察対象物Ｗに対して薬液を注入するノズル（ピペット）２２Ｚを有しているものである。なお、他の処理手段２２Ｚとしては、観察対象物Ｗに対して電気信号を与える電極を有しているものがある。さらに、複数種類の処理手段２２Ｚを備えたものであってもよい。図１４の観察システムは、観察対象物Ｗを載せた観察シート１Ｚをビジョン回路１０Ｚ上に積層状態で設け、この観察対象物Ｗに対して処理手段２２Ｚのノズル２７Ｚから薬液を注入する。これにより、観察対象物Ｗを処理しながら観察することができる。
【０１２７】
以上のように、観察装置２０Ｚ及び観察装置２０Ｚを用いた観察システムによれば、観察対象物Ｗとイメージセンサ１１Ｚとの間に従来利用していた顕微鏡を介在させなくても、微小な観察対象物Ｗの画像を取得することができる。このように高価な顕微鏡が不要となるので、微小な観察対象物Ｗ用の装置のコストを低減できる。すなわち、従来では、細胞等の微小な観察対象物の像を顕微鏡により一旦拡大したにも関わらず、その像をデジタルカメラのイメージセンサに取り込ませるためにレンズにより縮小している。しかし、本発明によれば、微小な観察対象物Ｗを（光学シートを用いた場合では多少の焦点調整等を行う場合があるが）イメージセンサ１１Ｚにより微小な大きさのままでとらえることができ、高価な顕微鏡を不要とすることができる。さらに、次々と観察シート１Ｚを取り換えて観察することができ、観察作業が行いやすい。また、観察装置２０Ｚ及び観察装置２０Ｚを用いた観察システムをスクリーニング装置とすることができる。
【０１２８】
なお、観察シート１Ｚの材質はシリコンラバー以外であってもよく、その他の無色透明又は有色透明な材料とすることができ、ガラス製を利用したり、これら材料とその他の材料との複合材料としたりできる。また、図１１に示した形態では、観察シート１Ｚはビジョン回路１０Ｚと輪郭形状を同じとしているが、観察シート１Ｚはビジョン回路１０Ｚのうちの少なくともイメージセンサ１１Ｚと積層状態にあればよく、観察シート１Ｚの輪郭形状をイメージセンサ１１Ｚの輪郭形状よりも大きく設定することができる。
【０１２９】
さらに、観察シート１Ｚとビジョン回路１０Ｚとの間、光学シート７Ｚを設けた場合には光学シート７Ｚと観察シート１Ｚとの間及び／又は光学シート７Ｚとビジョン回路１０Ｚとの間に、隙間があってもよい。例えば、観察シート１Ｚを、ビジョン回路１０Ｚのイメージセンサ１１Ｚの上に隙間を有して積み重ね状に搭載していてもよい。この場合、両部材の間に別のスペーサ部材（図示せず）をさらに介在させ、両部材の間に隙間を形成すればよい。
【実施例４】
【０１３０】
前述の実施例１における細胞集合体選別取得装置１００では、カメラ装置１３３は、マイクロプレート１０１の各ウェルの上方からの画像を取得するものであった。本実施例における細胞集合体選別取得装置４００は、マイクロプレート１０１の各ウェルを下方からの画像を取得する細胞集合体画像取得装置４３３を有するものである。なお、以下においては、実施例１と同様の構成については、実施例１と同様の符号を付している。また、実施例１と同様の構成については、その説明を省略する。
【０１３１】
１．構成
細胞集合体選別取得装置４００の構成について図１５を用いて説明する。細胞集合体選別取得装置４００は、マイクロプレート載置部１１０、処理部４２０を有している。
【０１３２】
マイクロプレート載置部１１０は、テーブル１１１、筐体１１３を有している。テーブル１１１には、複数のマイクロプレート１０１が載置される。
【０１３３】
処理部４２０は、処理ユニット４３０、
培地貯蔵装置１３６、及び廃棄培地貯蔵装置１３７を有している。
【０１３４】
処理ユニット４３０は、培地注入装置１３１、培地除去装置１３２、細胞集合体画像取得装置４３３、マイクロハンド１３４、及び収集トレイ１３５を有している。細胞集合体画像取得装置４３３は、マイクロプレート載置部１１０の筐体１１３の内部、処理ユニット４３０の位置に対応して設置される。
【０１３５】
細胞集合体画像取得装置４３３は、前述の観察装置２０Ｚにおけるイメージセンサ１１Ｚを備えたビジョン回路１０Ｚ、及び、マイクロプレート１０１とビジョン回路１０Ｚとの間に配置される所定の光学系を用いて構成されている。ビジョン回路１０Ｚをマイクロプレート１０１に対して下方に配置することによって、処理ユニット４３０を、培地注入装置１３１、培地除去装置１３２、マイクロハンド１３４と、細胞集合体画像取得装置４３３とに分けてマイクロプレート１０１を挟んで上下に配置することができるので、処理ユニット４３０の構成要素の配置をより自由に設計することができる。
【０１３６】
なお、マイクロプレート１０１の底面は半球状であるため、所定の精巧な光学部品を用いた光学系、及び、ビジョン回路１０Ｚによって得られた細胞集合体画像に対する画像処理によって細胞集合体画像を補整し、正確な細胞集合体の測定を可能とする。
【０１３７】
第２ 動作
次に、細胞集合体選別取得装置４００の動作について図１６を用いて説明する。なお、細胞培養初期の動作、及び、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１６Ｄ〜図１６Ｆの動作については、図５ａ、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｄ〜図６Ｆと同様であるため、記載を省略する。
【０１３８】
図１６Ｃに示すように、細胞集合体画像取得装置３３３を動作させて、細胞集合体Ｃを含むウェルの画像である細胞集合体画像を、マイクロプレート１０１の下方に配置されているビジョン回路１０Ｚを用いて取得する。
【０１３９】
［その他の実施例］
（１）テーブル１１１：前述の実施例１、実施例２においては、複数のマイクロプレート１０１は回転軸１１１Ｊを中心に回転し、マイクロプレート１０１の各ウェルを処理位置へ配置するとしたが、マイクロプレート１０１の各ウェルを処理位置へ配置できるものであれば、例示のものに限定されない。例えば、マイクロプレート１０１を直線状に配置し、ベルトコンベアのように、マイクロプレート１０１を直線的に移動させるものであってもよい。
【０１４０】
（２）培地交換時：前述の実施例１、実施例２においては、定期的な培地の交換時に、細胞集合体選別取得装置１００を動作させることとしたが、定期的な培地の交換時とは別に、任意の時間に、自動的に又は操作者の操作によって、細胞集合体選別取得装置１００を動作させるようにしてもよい。
【０１４１】
（３）セル・ストレージ：
前述の実施例１における細胞集合体選別取得装置１００は、マイクロプレート載置部１１０のテーブル１１１上にマイクロプレート１０１を個別に載置するものであったが、マイクロプレート１０１をテーブル１１１に載置するものであれば、例示のものに限定されない。例えば、細胞集合体を培養しているマイクロプレート１０１大量に保存するセル・ストレージに、細胞集合体選別取得装置１００を接続し、所定の時間に、セル・ストレージから所定のマイクロプレート１０１を取得し、テーブル１１１に自動的に載置するようにしてもよい。この場合、セル・ストレージの動作制御と、細胞集合体選別取得装置１００の動作制御とを連動させることによって、必要なマイクロプレート１０１を、最適な時間でテーブル１１１に配置することが可能となる。
【０１４２】
（４）マイクロハンド１３４：前述の実施例１においては、マイクロハンド１３４は空気圧を用いて動作するものであったが、マイクロプレート１０１から培養した細胞集合体を取得できる構成であれば、例示のものに限定されない。例えば、圧電式、形状記憶合金、静電式、圧空式、合成樹脂など高分子式の人工筋肉アクチュエータの原理を用いてマイクロハンドを形成するようにしてもよい。
【０１４３】
（５）マイクロプレート１０１の蓋の除去：マイクロプレート１０１には、コンタミネーション防止のため蓋が取り付けられることが多い。したがって、前述の実施例１〜実施例３において、蓋が閉じられたマイクロプレート１０１をテーブル１１１に配置し、自動でマイクロプレート１０１の蓋を取り除くようにしてもよい。この場合、例えば、所定のアームに取り付けられた吸盤を蓋が閉じられたマイクロプレート１０１の上方に配置し、アームを下降させ、吸盤に圧力をかけて吸盤をマイクロプレート１０１の蓋に取り付け、その状態でアームを上昇させることによって、マイクロプレート１０１から蓋を取り外すことができる。
【０１４４】
さらに、培地の交換や細胞集合体の選別取が終了した後、アームを移動させて、マイクロプレート１０１に蓋をした後、空気圧等を用いて吸盤をマイクロプレート１０１の蓋から取り外すようにしてもよい。
【０１４５】
（６）培地の除去：前述の実施例１においては、第１段階における培地の除去に際し、培地除去装置１３２の管状部１３２ａの先端Ｔを培地の液面Ｓの低下に合わせて、下方に移動させることによって、意図しない培地内の細胞の除去を防止することとしたが、例示のものに限定されない。例えば、例えばネットや傘の様に先端が広がるマイクロハンドを用いて、培地内の細胞又は細胞集合体をウェル内の所定の領域から外部に流出しないように押さえ込むようにしてもよい。この際のマイクロハンドは、マイクロハンド１３４と一体として形成してもよい。また、マイクロハンド１３４とは別に配置するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
本発明に係る細胞集合体選別取得装置は、例えば、幹細胞の培養に用いることができる。
【符号の説明】
【０１４７】
１００・・・・・細胞集合体選別取得装置
１０１・・・・・マイクロプレート
１１０・・・・・マイクロプレート載置部
１２０・・・・・処理部
１３０・・・・・処理ユニット
１３１・・・・・培地注入装置
１３２・・・・・培地除去装置
１３３・・・・・カメラ装置
１３４・・・・・マイクロハンド
１３５・・・・・収集トレイ
１３６・・・・・培地貯蔵装置
１３７・・・・・廃棄培地貯蔵装置
２００・・・・・細胞集合体選別取得装置
２１１・・・・・無菌シェル
２１３・・・・・恒温・喚起装置
２１５・・・・・小型コンプレッサ
２１７・・・・・小型負圧ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の培地中で細胞を培養し、前記細胞が立体的に凝縮した細胞集合体を形成するための細胞培養容器に所定の培地を注入、除去するための培地注入・除去手段、
前記細胞培養容器で培養されている前記細胞集合体の状態を示す画像である細胞集合体画像として取得する細胞集合体画像取得手段、
前記細胞培養容器から培養した前記細胞集合体を取得するための細胞集合体取得手段、
を有する細胞集合体選別取得装置であって、
前記培地注入・除去手段に前記細胞培養容器から前記培地を除去させ、前記細胞集合体画像取得手段に前記細胞集合体画像を取得させ、前記細胞集合体画像から前記細胞集合体が所定の状態にあると判断すると、前記細胞集合体選別取得手段に前記細胞集合体を取得させ、前記細胞集合体画像から前記細胞集合体が所定の状態にないと判断すると、前記培地注入・除去手段に前記細胞培養器に前記培地を注入させる細胞集合体選別取得装置。
【請求項２】
請求項１に係る細胞集合体選別取得装置において、
前記培地注入・除去手段に前記細胞培養容器から前記培地を除去させる際に、前記細胞培養容器において前記細胞集合体が前記培地から露出するまで、又は、前記培地から露出する直前まで、前記培地を除去させること、
を特徴とする細胞集合体選別取得装置。
【請求項３】
請求項１に係る細胞集合体選別取得装置において、
前記培地注入・除去手段に前記細胞培養容器から前記培地を除去させる際に、前記細胞培養容器における前記培地の液面の低下に合わせて、前記培地の除去位置を移動させること、
を特徴とする細胞集合体選別取得装置。
【請求項４】
請求項１に係る細胞集合体選別取得装置において、さらに、
前記培地注入・除去手段に前記細胞培養容器から前記培地を除去させる際に、前記細胞培養容器内の前記細胞又は前記細胞集合体を所定の領域から外部に移動しないようにする移動制限手段を有すること、
を特徴とする細胞集合体選別取得装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４に係る細胞集合体選別取得装置のいずれかにおいて、さらに、
複数の前記細胞培養容器を載置する細胞培養容器載置手段、
を有し、
前記細胞培養容器載置手段に前記細胞培養容器を、順次、所定の処理位置に移動させて、前記培地の除去、前記細胞集合体画像の取得、前記細胞集合体の取得、及び前記培地の注入を行うこと、
を特徴とする細胞集合体選別取得装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５に係る細胞集合体選別取得装置のいずれかにおいて、
前記細胞培養容器載置手段は、
所定の回転軸を中心に複数の前記細胞培養容器を載置し、前記回転軸を中心に回転することによって、前記細胞培養容器を前記処理位置へ移動させること、
を特徴とする細胞集合体選別取得装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６に係る細胞集合体選別取得装置のいずれかにおいて、
前記培地注入・除去手段に前記細胞培養容器から前記培地を除去させるのは、定期的な前記培地の交換時であること、
を特徴とする細胞集合体選別取得装置。
【請求項８】
所定の培地内で細胞を培養し、前記細胞が立体的に凝縮した細胞集合体を形成するための細胞培養容器から培養された前記細胞集合体を選別取得するための細胞集合体の選別取得方法であって、
前記細胞培養容器から前記培地を除去し、
前記細胞集合体の画像である細胞集合体画像を取得し、
前記細胞集合体画像から前記細胞集合体が所定の状態にあると判断すると、前記細胞集合体を取得し、
前記細胞集合体画像から前記細胞集合体が所定の状態にないと判断すると、前記細胞培養器に前記培地を注入すること、
を特徴とする細胞集合体の選別取得方法。
【請求項１】
所定の培地中で細胞を培養し、前記細胞が立体的に凝縮した細胞集合体を形成するための細胞培養容器に所定の培地を注入、除去するための培地注入・除去手段、
前記細胞培養容器で培養されている前記細胞集合体の状態を示す画像である細胞集合体画像として取得する細胞集合体画像取得手段、
前記細胞培養容器から培養した前記細胞集合体を取得するための細胞集合体取得手段、
を有する細胞集合体選別取得装置であって、
前記培地注入・除去手段に前記細胞培養容器から前記培地を除去させ、前記細胞集合体画像取得手段に前記細胞集合体画像を取得させ、前記細胞集合体画像から前記細胞集合体が所定の状態にあると判断すると、前記細胞集合体選別取得手段に前記細胞集合体を取得させ、前記細胞集合体画像から前記細胞集合体が所定の状態にないと判断すると、前記培地注入・除去手段に前記細胞培養器に前記培地を注入させる細胞集合体選別取得装置。
【請求項２】
請求項１に係る細胞集合体選別取得装置において、
前記培地注入・除去手段に前記細胞培養容器から前記培地を除去させる際に、前記細胞培養容器において前記細胞集合体が前記培地から露出するまで、又は、前記培地から露出する直前まで、前記培地を除去させること、
を特徴とする細胞集合体選別取得装置。
【請求項３】
請求項１に係る細胞集合体選別取得装置において、
前記培地注入・除去手段に前記細胞培養容器から前記培地を除去させる際に、前記細胞培養容器における前記培地の液面の低下に合わせて、前記培地の除去位置を移動させること、
を特徴とする細胞集合体選別取得装置。
【請求項４】
請求項１に係る細胞集合体選別取得装置において、さらに、
前記培地注入・除去手段に前記細胞培養容器から前記培地を除去させる際に、前記細胞培養容器内の前記細胞又は前記細胞集合体を所定の領域から外部に移動しないようにする移動制限手段を有すること、
を特徴とする細胞集合体選別取得装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４に係る細胞集合体選別取得装置のいずれかにおいて、さらに、
複数の前記細胞培養容器を載置する細胞培養容器載置手段、
を有し、
前記細胞培養容器載置手段に前記細胞培養容器を、順次、所定の処理位置に移動させて、前記培地の除去、前記細胞集合体画像の取得、前記細胞集合体の取得、及び前記培地の注入を行うこと、
を特徴とする細胞集合体選別取得装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５に係る細胞集合体選別取得装置のいずれかにおいて、
前記細胞培養容器載置手段は、
所定の回転軸を中心に複数の前記細胞培養容器を載置し、前記回転軸を中心に回転することによって、前記細胞培養容器を前記処理位置へ移動させること、
を特徴とする細胞集合体選別取得装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６に係る細胞集合体選別取得装置のいずれかにおいて、
前記培地注入・除去手段に前記細胞培養容器から前記培地を除去させるのは、定期的な前記培地の交換時であること、
を特徴とする細胞集合体選別取得装置。
【請求項８】
所定の培地内で細胞を培養し、前記細胞が立体的に凝縮した細胞集合体を形成するための細胞培養容器から培養された前記細胞集合体を選別取得するための細胞集合体の選別取得方法であって、
前記細胞培養容器から前記培地を除去し、
前記細胞集合体の画像である細胞集合体画像を取得し、
前記細胞集合体画像から前記細胞集合体が所定の状態にあると判断すると、前記細胞集合体を取得し、
前記細胞集合体画像から前記細胞集合体が所定の状態にないと判断すると、前記細胞培養器に前記培地を注入すること、
を特徴とする細胞集合体の選別取得方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図５ａ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図５ａ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２３１７６４（Ｐ２０１２−２３１７６４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０３９２０（Ｐ２０１１−１０３９２０）
【出願日】平成２３年５月８日（２０１１．５．８）
【出願人】（５０１３９７９２０）旭光電機株式会社 (45)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月８日（２０１１．５．８）
【出願人】（５０１３９７９２０）旭光電機株式会社 (45)
【Ｆターム（参考）】
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