JP5668571B2 - Cell manipulation method using actuator - Google Patents
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Description
本発明は、マニピュレータに係り、特に、駆動対象を動作させて、試料に所定の操作を施すためのマニピュレータに関するものである。 The present invention relates to a manipulator, and more particularly to a manipulator for operating a driving target to perform a predetermined operation on a sample.
バイオテクノロジーの分野において、顕微鏡の観察下で細胞に針を挿入し、細胞の核などを操作するマイクロマニピュレータとして、レーザーや電極の周囲に発生させる乱流波によって、細胞を操作するものが知られている。また、超音波振動子を用いたものも提案されており、これは、超音波振動子を用いてマニピュレータの操作針を微細振動させることよって、卵細胞の透明体に穿孔したり、ある領域内にある細胞の分離、掻き出したりするものである。 In the field of biotechnology, micromanipulators that insert a needle into a cell under microscope observation and operate the cell nucleus etc. are known to operate cells by turbulent waves generated around lasers and electrodes. ing. In addition, one using an ultrasonic vibrator has been proposed. This is because an ultrasonic vibrator is used to finely vibrate an operating needle of a manipulator to perforate a transparent body of egg cells or within a certain region. Some cells are separated and scraped.
特許文献1では、マニピュレータの針先端で細胞に穿孔するために、また特許文献2には、ある領域にある細胞の分離、掻き出しを行うために、同様に超音波振動子で針状体を微動させる手法が開示されている。しかしながら、超音波振動を発生させることは難しく、超音波振動は操作対象の細胞の周辺細胞にまで影響を与える可能性がある。このため、例えば培養細胞中の異常細胞などの特定の細胞のみを除去する場合、細胞の入れられた容器の底面に比較的強固に貼りついた細胞を剥離することは可能となるが、同時に周辺細胞を傷つけてしまう虞があり、周辺細胞を継続培養することが困難となる。また、超音波振動を用いたもので、前述のような特定の細胞単体を周辺細胞を損傷することなく剥離する用途のものは知られていない。 In Patent Document 1, in order to perforate cells at the needle tip of a manipulator, and in Patent Document 2, in order to separate and scrape cells in a certain region, the needle-like body is similarly finely moved with an ultrasonic vibrator. The technique to make it disclosed is disclosed. However, it is difficult to generate ultrasonic vibration, and the ultrasonic vibration may affect the surrounding cells of the operation target cell. For this reason, for example, when removing only specific cells such as abnormal cells in cultured cells, it is possible to peel off cells that are relatively firmly attached to the bottom of the container in which the cells are placed, but at the same time, There is a risk of damaging the cells, making it difficult to continuously culture the surrounding cells. In addition, there is no known use that uses ultrasonic vibration to peel a specific single cell as described above without damaging surrounding cells.
また、特許文献2では針状体で掻き出しをした後、掻き出された細胞を針状体とは別体に設けられた毛管により吸引することが記載されている。しかしながら、掻き出しと吸引の操作を別々に行うことにより、マニピュレータの操作が複雑化し、作業効率が低下するという問題がある。 Patent Document 2 describes that after scraping with a needle-like body, the scraped cells are sucked with a capillary provided separately from the needle-like body. However, there is a problem in that the manipulator operation is complicated and the work efficiency is lowered by performing the scraping operation and the suction operation separately.
上記の問題に鑑み、本発明は、操作対象となる細胞の周辺細胞に影響を与えることなしに対象細胞を採取でき、周辺細胞の継続培養が可能なアクチュエータ及びそれを搭載したマニピュレータ及びその操作方法を提供することを第1の目的とする。また、本発明は、作業効率を向上させることができるアクチュエータ及びそれを搭載したマニピュレータ及びその操作方法を提供することを第2の目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides an actuator capable of collecting a target cell without affecting the peripheral cells of the cell to be manipulated, and capable of continuously culturing the peripheral cells, a manipulator equipped with the actuator, and an operation method thereof It is a first object to provide In addition, a second object of the present invention is to provide an actuator capable of improving work efficiency, a manipulator equipped with the actuator, and an operation method thereof.
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1)対向配置した2つの転がり軸受と、前記2つの転がり軸受の各内輪の内周面と嵌合する回転軸と、前記2つの転がり軸受の各内輪の間に設けられた内輪間座と、前記回転軸と連結されるボールねじナットと、前記ボールねじナットと螺合するねじ軸と、前記2つの転がり軸受のうち一方の外輪に隣接配置される圧電素子と、前記2つの転がり軸受と圧電素子に予圧を付与するスペーサと、前記ねじ軸の軸方向に接続されたガラス針と、を有するアクチュエータであって、
前記ガラス針の先端部と操作対象となる細胞とを接触させ、前記圧電素子を超音波振動よりも低い周波数で微細伸縮させることにより前記ガラス針を微小振動させ、前記細胞の貼りつきを解除し、前記細胞を入れた容器から前記細胞を剥離または除去することを特徴とするアクチュエータ。
(2)前記操作対象となる細胞が培養細胞の中の少なくとも一つの細胞であることを特徴とする(1)に記載のアクチュエータ。
(3)(1)または(2)に記載のアクチュエータを備えるマニピュレータと、前記容器を載置するベースと、を備えるマニピュレータシステムであって、前記ガラス針を微小振動させながら、前記ガラス針の先端を前記細胞に対して、前記細胞の外郭に倣って相対移動させ、1個単位で細胞全体を剥離または除去することを特徴とするマニピュレータシステム。
(4)前記ガラス針を中空とし、前記ガラス針に吸引機構を接続し、前記剥離した細胞を吸引または回収することを特徴とする(3)のマニピュレータシステム。
(5)対向配置した2つの転がり軸受と、前記2つの転がり軸受の各内輪の内周面と嵌合する回転軸と、前記2つの転がり軸受の各内輪の間に設けられた内輪間座と、前記回転軸と連結されるボールねじナットと、前記ボールねじナットと螺合するねじ軸と、前記2つの転がり軸受のうち一方の外輪に隣接配置される圧電素子と、前記2つの転がり軸受と圧電素子に予圧を付与するスペーサと、前記ねじ軸の軸方向に接続されたガラス針とを有するアクチュエータを用いた細胞の操作方法であって、前記圧電素子を超音波振動よりも低い周波数で微細伸縮させることにより前記ガラス針を微小振動させ、前記細胞の貼りつきを解除し、前記細胞を入れた容器から前記細胞を剥離するステップと、前記ガラス針の代わりに中空のキャピラリを用い、前記中空のキャピラリを微小振動させながら、前記中空のキャピラリの先端を前記細胞に対して、前記細胞の外郭に倣って相対移動させ、前記細胞を入れた容器から前記細胞を吸引するステップとを有し、前記細胞を剥離するステップと前記細胞を吸引するステップとを連続的に行うことを特徴とする細胞の操作方法。
(6)対向配置した2つの転がり軸受と、前記2つの転がり軸受の各内輪の内周面と嵌合する回転軸と、前記2つの転がり軸受の各内輪の間に設けられた内輪間座と、前記回転軸と連結されるボールねじナットと、前記ボールねじナットと螺合するねじ軸と、前記2つの転がり軸受のうち一方の外輪に隣接配置される圧電素子と、前記2つの転がり軸受と圧電素子に予圧を付与するスペーサと、前記ねじ軸の軸方向に接続された中空のガラス針とを有するアクチュエータを用いた細胞の操作方法であって、前記圧電素子を超音波振動よりも低い周波数で微細伸縮させることにより前記中空のガラス針を微小振動させ、前記細胞の貼りつきを解除し、前記細胞を入れた容器から前記細胞を剥離するステップと、前記中空のガラス針を微小振動させながら、前記中空のガラス針の先端を前記細胞に対して、前記細胞の外郭に倣って相対移動させ、前記細胞を入れた容器から前記細胞を吸引するステップとを有し、前記細胞を剥離するステップと前記細胞を吸引するステップとを連続的に行うことを特徴とする細胞の操作方法。
The above object of the present invention can be achieved by the following constitution.
(1) Two rolling bearings arranged opposite to each other, a rotating shaft fitted to an inner peripheral surface of each inner ring of the two rolling bearings, and an inner ring spacer provided between the inner rings of the two rolling bearings A ball screw nut coupled to the rotating shaft, a screw shaft threadably engaged with the ball screw nut, a piezoelectric element disposed adjacent to one outer ring of the two rolling bearings, and the two rolling bearings An actuator having a spacer for applying a preload to the piezoelectric element, and a glass needle connected in the axial direction of the screw shaft,
The tip of the glass needle and a cell to be operated are brought into contact with each other, and the piezoelectric needle is finely expanded and contracted at a frequency lower than that of ultrasonic vibration, thereby causing the glass needle to vibrate finely and releasing the cell sticking. An actuator characterized in that the cells are peeled or removed from a container containing the cells.
(2) The actuator according to (1), wherein the cell to be operated is at least one cell among cultured cells.
(3) A manipulator system comprising a manipulator comprising the actuator according to (1) or (2) and a base on which the container is placed, wherein the tip of the glass needle is vibrated while microvibrating the glass needle. A manipulator system, wherein the cell is moved relative to the cell along the outline of the cell, and the entire cell is peeled or removed in units of one unit.
(4) The manipulator system according to (3), wherein the glass needle is hollow, a suction mechanism is connected to the glass needle, and the detached cells are sucked or collected.
(5) Two rolling bearings arranged opposite to each other, a rotating shaft fitted to an inner peripheral surface of each inner ring of the two rolling bearings, and an inner ring spacer provided between the inner rings of the two rolling bearings A ball screw nut coupled to the rotating shaft, a screw shaft threadably engaged with the ball screw nut, a piezoelectric element disposed adjacent to one outer ring of the two rolling bearings, and the two rolling bearings A cell operating method using an actuator having a spacer for applying a preload to a piezoelectric element and a glass needle connected in the axial direction of the screw shaft, wherein the piezoelectric element is finely divided at a frequency lower than that of ultrasonic vibration. use the glass needle by stretching is minutely vibrated, to release the sticking of the cells, comprising the steps of removing the cells from the vessel containing the cells, a hollow capillary instead of the glass needle A step of moving the tip of the hollow capillary relative to the cell while following the outline of the cell while finely vibrating the hollow capillary, and sucking the cell from the container in which the cell is placed. And a method for manipulating cells, comprising: continuously peeling the cells and sucking the cells.
(6 ) Two rolling bearings arranged opposite to each other, a rotating shaft fitted to an inner peripheral surface of each inner ring of the two rolling bearings, and an inner ring spacer provided between the inner rings of the two rolling bearings A ball screw nut coupled to the rotating shaft, a screw shaft threadably engaged with the ball screw nut, a piezoelectric element disposed adjacent to one outer ring of the two rolling bearings, and the two rolling bearings A cell operation method using an actuator having a spacer for applying a preload to a piezoelectric element and a hollow glass needle connected in the axial direction of the screw shaft, wherein the piezoelectric element has a frequency lower than that of ultrasonic vibration. The hollow glass needle is microvibrated by microscopic expansion and contraction, the cell sticking is released, the cell is detached from the container containing the cell, and the hollow glass needle is microvibrated. And moving the tip of the hollow glass needle relative to the cell following the outline of the cell, and aspirating the cell from a container containing the cell, and peeling the cell And the step of aspirating the cells are continuously performed.
本発明によれば、操作対象となる細胞の周辺細胞を損傷せず、前記細胞のみをシャーレ等の容器から除去、または回収することが可能となる。また、操作対象となる細胞がシャーレの底面に固着した場合でも、細胞を1個単位で剥離、回収することが容易となる。さらに、本発明のマニピュレータシステムを用いることで、熟練した作業者でなくても作業が容易になる。 According to the present invention, it is possible to remove or collect only the cells from a petri dish or the like without damaging the peripheral cells of the cells to be manipulated. Further, even when cells to be manipulated adhere to the bottom surface of the petri dish, it becomes easy to detach and collect the cells one by one. Furthermore, by using the manipulator system of the present invention, the work becomes easy even if it is not a skilled worker.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
(マニピュレータシステムの構成)
図1は、本発明の一実施形態を示すマニピュレータシステムの構成図である。図1において、マニピュレータシステム10は、顕微鏡観察下で試料に人工操作を実施するためのシステムとして、顕微鏡ユニット12と、マニピュレータ16とを備えており、顕微鏡ユニット12の傍にマニピュレータ16が配置されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Configuration of manipulator system)
FIG. 1 is a configuration diagram of a manipulator system showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a
顕微鏡ユニット12は、撮像素子としてのカメラ18、顕微鏡20、試料台としてのベース22を備えている。このベース22の直上に顕微鏡20が配置される構造となっている。なお、顕微鏡20とカメラ18とは一体構造となっており、ベース22に向けて光を照射する光源(図示せず)を備えている。
The
ベース22上にはシャーレ等に入れられた培養細胞等の試料(図示せず)が乗せられるようになっている。この状態で、ベース22上の細胞で反射した光が顕微鏡20に入射する。試料に関する光学像は、顕微鏡20で拡大されたあとカメラ18により撮像された画像を基に試料を観察することができる。
A sample (not shown) such as cultured cells placed in a petri dish or the like is placed on the base 22. In this state, the light reflected by the cells on the base 22 enters the
マニピュレータ16は、直交3軸構成のマニピュレータとして、ピペット(インジェクションピペット)34と、X−Y軸テーブル36と、Z軸テーブル38と、X−Y軸テーブル36を駆動する駆動装置40と、Z軸テーブル38を駆動する駆動装置42を備える。ピペット34は、Z軸テーブル38に連結され、Z軸テーブル38は、X−Y軸テーブル36上に上下動自在に配置され、駆動装置40、42はコントローラ43に接続されている。ピペット34の先端にはガラス針34Aが取り付けられている。
The
X−Y軸テーブル36は、駆動装置40の駆動により、X軸またはY軸に沿って移動するように構成され、Z軸テーブル38は、駆動装置42の駆動により、Z軸に沿って(鉛直軸方向に沿って)移動するように構成されている。Z軸テーブル38に連結されたピペット34は、X−Y軸テーブル36とZ軸テーブル38の移動にしたがって、3次元空間を移動領域として移動し、ベース22上の試料に人工操作を行うように構成されている。
The XY axis table 36 is configured to move along the X axis or the Y axis by driving of the
X−Y軸テーブル36は、駆動装置40の駆動(モータ)により、X軸またはY軸に沿って移動するように構成され、Z軸テーブル38は、駆動装置42の駆動(モータ)により、Z軸に沿って(鉛直軸方向に沿って)移動するように構成されているとともに、ベース22上の細胞などに、針を挿入するための挿入対象とするピペット34を連結している。すなわち、X−Y軸テーブル36とZ軸テーブル38は、駆動装置40、42の駆動により、ベース22上の細胞などを含む3次元空間を移動領域として移動し、ピペット34を、例えばピペット34の先端側からベース22上の細胞(試料)に対して、ガラス針34Aを挿入するための挿入位置まで粗動駆動する粗動機構(3次元軸移動テーブル)として構成されている。
The XY axis table 36 is configured to move along the X axis or the Y axis by the drive (motor) of the
また、Z軸テーブル38は、いわゆるナノポジショナとしての機能を備えている。ナノポジショナは、ピペット34をX軸−Y軸−Z軸方向へ自在に移動可能に支持する。さらに、Z軸テーブル38はピペット34をその長手方向(軸線方向)に沿って微動駆動する微動機構44を備えている。
Further, the Z-axis table 38 has a function as a so-called nanopositioner. The nanopositioner supports the
(微動機構の構成)
微動機構44は、図2乃至図4に示すように、圧電アクチュエータの本体を構成するハウジング48を備えており、ほぼ筒状に形成されたハウジング48内には、ピペット34を駆動対象として、外周側にねじ部を有するねじ軸52と、ねじ軸52を囲む中空状の回転軸54が挿通されている。ハウジング48はその底部がベース56に固定されている。
(Configuration of fine movement mechanism)
As shown in FIGS. 2 to 4, the
ねじ軸52の先端側には、治具58を介してピペット34の根元側が連結されており、ねじ軸52の中程には、ねじ軸52外周のねじ部とねじ結合されるねじ要素としてのボールねじナット60が装着され、治具58とねじ軸52との間にはスライダ62が連結されている。スライダ62はベース56とほぼ直交する方向に配置され、切り欠き64を間にしてリニアガイド66に連結されている。リニアガイド66はベース56底部側に配置され、ベアリング68を介して、ねじ軸52の軸方向に沿って移動自在にベース56に連結されている。
The base side of the
すなわち、リニアガイド66は、ねじ軸52の軸方向の移動に合わせて、ねじ軸52の先端側を支持したスライダ62を、ベース56に沿って往復動させるようになっている。この際、ねじ軸52のうちボールねじナット60よりもピペット34側の部位が、スライダ62を介してリニアガイド66でスライド自在に支持されるので、ねじ軸52の直線運動をピペット34へ伝達することができる。
That is, the
ボールねじナット60は、回転軸54の軸方向一端側(先端側)の段部54aに固定されているとともに、ねじ軸52外周のねじ部とねじ結合され、ねじ軸52がその軸方向に沿って往復運動(直線運動)するのを自在に支持するようになっている。すなわち、ボールねじナット60は、回転軸54の回転運動をねじ軸52の直線運動に変換するための要素として構成されている。
The ball screw nut 60 is fixed to a step portion 54a on one end side (tip side) in the axial direction of the
回転軸54の軸方向他端側は、中空モータ70内の回転部に連結されている。中空モータ70のハウジング74には、その底部側がベース56に弾性体としてのゴムワッシャ76を介してボルト78が固定されている。中空モータ70が駆動されると回転軸54が回転し、回転軸54の回転運動がボールねじナット60を介してねじ軸52に伝達され、ねじ軸52がその軸方向に沿って直線運動するようになっている。
The other axial end of the
一方、回転軸54の段部54aに隣接して、転がり軸受80、82が内輪間座84を間にして収納されている。転がり軸受80、82は、それぞれ内輪80a、82aと、外輪80b、82bと、内輪と外輪間に挿入されたボール80c、82cを備え、各内輪80a、82aが回転軸54の外周面に嵌合され、各外輪80b、82bがハウジング48の内周面に嵌合され、回転軸54を回転自在に支持するようになっている。転がり軸受80、82は、内輪間座84を間にし、回転軸54にロックナット86により固定されている。転がり軸受80は、ハウジング48内の段部54aと円環状のスペーサ92と当接することにより、回転軸54の軸方向への移動が規制されるようになっている。転がり軸受82の外輪82bとハウジング48の蓋88との間に、円環状の圧電素子90と円環状のスペーサ92が圧入されている。
On the other hand, the rolling
また、各転がり軸受80、82、圧電素子90は、スペーサ92の長さを調節し、蓋88を閉めることにより、予圧が付与される。具体的には、スペーサ92の長さを調整し、蓋88を閉めると、その位置に応じた締結力が転がり軸受82と転がり軸受80の外輪82b、80bに、軸方向に沿った押圧力として予圧が付与されるとともに、同時に圧電素子90にも予圧が付与される。これにより、転がり軸受80、82および圧電素子90に所定の予圧が付与され、転がり軸受80、82の外輪間に軸方向間の距離としての間隙94が形成される。
The rolling
圧電素子90は、リード線(図示せず)を介して制御回路としてのコントローラ43に接続されており、コントローラ43からの電圧に応じて回転軸54の長手方向(軸方向)に沿って伸縮する圧電アクチュエータの一要素として構成されている。すなわち、圧電素子90は、コントローラ43からの印加電圧に応答して、回転軸54の軸方向に沿って伸縮し、回転軸54をその軸方向に沿って微動させるようになっている。回転軸54が軸方向に沿って微動すると、この微動がねじ軸52を介してピペット34に伝達され、ピペット34の位置が微調整されることになる。
The
上記構成において、マニピュレータ16を駆動するに際しては、XY軸テーブル36とZ軸テーブル38を粗動駆動して、ピペット34をベース22の細胞に近づけて位置決めしたあと、微動機構44を用いてピペット34を微動駆動する。
In the above configuration, when the
コントローラ43には、入力手段としてジョイスティック43Aが設けられており、このジョイスティック43Aの操作に基づいて、圧電素子に所定の電圧(例えば矩形波或いは台形波)が印加され、これに応じてピペット34が移動する(指示操作モード)。
The
ところで、ベース22に試料(培養細胞等)を入れたシャーレSを載せた後、ガラス針34Aによって当該試料を採取する場合、試料がシャーレSに貼り付いていると採取がうまくできない場合がある。そこで、本発明に係るマニピュレータシステム10では、ジョイスティック43Aに振動指示ボタン43Bを設け、この振動指示ボタン43Bが操作された場合には、コントローラ43では、指示操作モードに変わり振動モードが実行されるようになっている。
By the way, when the sample S is collected by the
振動モードは微動機構44の圧電素子90に振動波形(例えば、通常よりも高周波の周波数を持つ正弦波、矩形波、三角波等の波形)の電圧を印加するようになっている。この結果、ガラス針34Aが振動することになり、この振動が試料に伝わることで、試料はシャーレSから剥がれ易くなる。
In the vibration mode, a voltage having a vibration waveform (for example, a waveform of a sine wave, a rectangular wave, a triangular wave or the like having a higher frequency than usual) is applied to the
図5(A)は振動モード時のベース22に載置されたシャーレSを平面視した状態であり、図5(B)はシャーレSの正面視した状態を示している。圧電素子90に電圧を印加してピペット34の長手方向に伸縮させることにより、ガラス針34Aは慣性の法則(振動に対する動きの鈍さ)を伴って振動し、試料をシャーレSから剥ぎ取ることができる。
FIG. 5A shows a plan view of the petri dish S placed on the base 22 in the vibration mode, and FIG. 5B shows a front view of the petri dish S. By applying a voltage to the
(操作方法)
以下に、本発明に係るマニピュレータシステム10を用いて、培養細胞中において異常細胞などの特定の細胞のみを除去する方法を説明する。
(Method of operation)
Below, the method of removing only specific cells, such as an abnormal cell, in a cultured cell using the
まず、本発明に係るマニピュレータシステム10を使用する場合、マニピュレータ16のピペット34の先端にガラス針34Aを装着する。このガラス針34Aは、ベース22側が縮径した先細り形状となっていることが好ましい。これにより、隣接する細胞に影響を及ぼすことなく、除去対象の細胞にのみ操作が可能となる。
First, when using the
次に、試料となる細胞が培養されたシャーレSをベース22に載置する。その後、マニピュレータ16を操作することにより、ガラス針34Aの先端部34AaがシャーレS内の操作対象の細胞Xと接触するように位置決めをする(図6(A))。
Next, the petri dish S in which the cells to be the sample are cultured is placed on the base 22. Thereafter, the
具体的には、1回目(初めて)の操作の場合、顕微鏡倍率を低倍率にし、駆動装置40、42及び/または微動機構44を駆動することで、顕微鏡20の視野内にガラス針34Aが確認でき次第、駆動装置40、42及び/または微動機構44の駆動を停止する。
Specifically, in the first (first time) operation, the
このあと、コントローラ43の画像処理を利用し、微動機構44を駆動することで顕微鏡20の視野内に、ガラス針34Aを最適位置へ移動し、微動機構44の駆動を停止する。このとき必要であれば、XYZの駆動系も駆動して良い。またこのとき、1回目の操作の際に駆動した微動機構44の移動量をコントローラ43に記憶する。これにより、シャーレSの交換やガラス針34Aの交換のためにガラス針34Aを退避させた後も、1回目にセッティングした際の位置をコントローラ43が記憶しているため、マニピュレータ16でガラス針34Aの位置を調整することが容易になる。
Thereafter, by using the image processing of the
(剥離作業)
以上のように、ガラス針34Aの先端が操作対象の細胞Xと接触するように位置決めされた後、圧電素子90を駆動しガラス針34Aの先端部34Aaに微細な振動を与える。圧電素子90は、超音波振動(25〜50kHz)よりも低い周波数で駆動される。この周波数はおよそ5kHz程度であることが好ましい。これにより圧電素子90は回転軸54の軸方向に沿って伸縮し、回転軸54が軸方向に微細振動をする。この振動がピペット34を介してガラス針34Aに伝わり、ガラス針34Aを振動させる。このとき、ピペット34の撓み等によりガラス針34Aは、その先端が円、楕円、または直線をを描くように微細振動をする。
(Peeling work)
As described above, after the tip of the
振動するガラス針34Aにより、操作対象の細胞Xはガラス針34Aと接触している箇所でシャーレS底面への貼りつきが解除され、細胞Xのガラス針34Aとの接触部分Xaが固着していたシャーレS底面から剥ぎ取られる。図6(B)に示されるこの状態から、マニピュレータ16を駆動させてガラス針34Aの先端34Aaを細胞Xの外郭Xbに倣うように移動させる(図6(C))。これにより、対象とする細胞X全体を容易に剥ぎ取ることができる。
By virtue of the vibrating
以上説明した細胞Xの剥離作業によれば、ガラス針34Aに付与される微小振動が、超音波振動よりも低い周波数となっているので、細胞Xの周辺の培養細胞を損傷する可能性を低くすることができる。このため、細胞XのみをシャーレSから除去することができ、周辺の培養細胞を継続して培養することが可能となる。またガラス針34Aをベース22側が縮径した先細り形状とすることにより、隣接する細胞に影響を及ぼすことなく、除去対象の細胞にのみ操作が可能となる。
According to the peeling operation of the cell X described above, since the minute vibration applied to the
(吸引作業)
剥離作業で用いたガラス針34Aの代わりに、中空のキャピラリ34Bを用い、さらにピペット34の微動機構側端部を、インジェクタやシリンジポンプ等の吸引機構と接続することで、剥離作業に引き続き吸引作業を行うことができる。すなわち、操作対象となる細胞X全体または一部を剥ぎ取った(図6(C))後に、細胞Xをキャピラリ34Bにより吸引する。
(Suction work)
A
具体的には、図7(A)のように、まずキャピラリ34Bの先端部34Baの吸入口を、細胞XのシャーレSの底部から剥離させられた部分Xcに近づける。次に、図7(B)のように、前記吸引機構を駆動し、前記剥離させられた部分Xcを吸引し始める。この吸引機構の駆動はコントローラ43で行っても良く、他の制御機構で行っても良い。この後、図7(C)のように、細胞Xの剥離させられた部分Xcは、吸引機構によりキャピラリ34B内に回収され、別の容器に吐出される。
Specifically, as shown in FIG. 7A, first, the suction port of the tip 34Ba of the capillary 34B is brought close to the portion Xc peeled from the bottom of the petri dish S of the cell X. Next, as shown in FIG. 7B, the suction mechanism is driven to start sucking the peeled portion Xc. The suction mechanism may be driven by the
この結果、図7(D)のように、対象細胞XはシャーレS内から完全に除去される。このとき、細胞Xの剥離作業は、図6の場合と同様に、キャピラリ34Bに付与される微小振動が、超音波振動よりも低い周波数となっているので、細胞Xの周辺の培養細胞を損傷する可能性を低くすることができる。このため、細胞XのみをシャーレSから除去、回収することができ、周辺の培養細胞を継続して培養することが可能となる。またキャピラリ34Bをベース22側が縮径した先細り形状とすることにより、隣接する細胞に影響を及ぼすことなく、除去対象の細胞にのみ操作が可能となる。なお、上記の例では剥離作業と吸引作業とを別段階として行っているが、中空のガラス針を用いることで、ひとつのマニピュレータで剥離作業と吸引作業を連続的に行うことが可能となる。これにより、作業効率を向上することができる。 As a result, the target cell X is completely removed from the petri dish S as shown in FIG. At this time, the cell X peeling operation is similar to the case of FIG. 6, because the minute vibration applied to the capillary 34B has a lower frequency than the ultrasonic vibration, so that the cultured cells around the cell X are damaged. The possibility of doing so can be reduced. For this reason, only the cell X can be removed and collected from the petri dish S, and the surrounding cultured cells can be continuously cultured. In addition, by forming the capillary 34B in a tapered shape with the diameter reduced on the base 22, the operation can be performed only on the cells to be removed without affecting adjacent cells. In the above example, the peeling operation and the suction operation are performed as separate stages, but by using a hollow glass needle, it is possible to perform the peeling operation and the suction operation continuously with one manipulator. Thereby, working efficiency can be improved.
また、以上の操作のうちガラス針34Aまたはキャピラリ34Bと細胞Xとの相対移動はマニピュレータ16を駆動させることにより行うとしたが、前述の駆動装置42、40と同様の装置を用いて、ベース22を移動することにより行っても良い。
In the above operation, the relative movement between the
本発明によれば、操作対象となる細胞の周囲の培養細胞を損傷せず、前記細胞のみをシャーレから除去、または回収することが可能となる。また、操作対象となる細胞がシャーレの底面に固着した場合でも、細胞を1個単位で剥離、回収することが容易となる。さらに、上述のマニピュレータシステムを用いることで、熟練した作業者でなくても作業が容易になる。このため、本発明の方法及びマニピュレータシステムは、移植用細胞の培養で異常細胞の除去作業に好適である。本発明を適用することで、作業品質を保証し、例えば癌化した細胞を移植する危険性をなくし、移植までの作業効率を向上することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to remove or collect only the cells from the petri dish without damaging the cultured cells around the cells to be manipulated. Further, even when cells to be manipulated adhere to the bottom surface of the petri dish, it becomes easy to detach and collect the cells one by one. Furthermore, by using the above-described manipulator system, the work becomes easy even if it is not a skilled worker. For this reason, the method and manipulator system of the present invention are suitable for removing abnormal cells by culturing transplanted cells. By applying the present invention, it is possible to guarantee work quality, eliminate the risk of transplanting cancerous cells, for example, and improve work efficiency up to transplantation.
10 マニピュレータシステム
12 顕微鏡ユニット
16 マニピュレータ
18 カメラ(撮像素子)
20 顕微鏡
22 ベース(試料台)
34 ピペット(インジェクションピペット)
34A ガラス針
34Aa 先端部
36 X−Y軸テーブル
38 Z軸テーブル
40 駆動装置
42 駆動装置
43 コントローラ
43A ジョイスティック
43B 振動指示ボタン
44 微動機構
48 ハウジング
52 ねじ軸
54 回転軸
54a 段部
56 ベース
58 治具
60 ナット
62 スライダ
64 切り欠き
66 リニアガイド
68 ベアリング
70 中空モータ
74 ハウジング
76 ゴムワッシャ
78 ボルト
80、82 転がり軸受
84 内輪間座
80a、82a 内輪
80b、82b 外輪
80c、82c ボール
86 ロックナット
88 蓋
90 圧電素子
92 スペーサ
94 間隙
X 操作対象の細胞
S シャーレ
DESCRIPTION OF
20 Microscope 22 Base (Sample stand)
34 Pipette (Injection pipette)
34A Glass
Claims (2)
前記2つの転がり軸受の各内輪の内周面と嵌合する回転軸と、
前記2つの転がり軸受の各内輪の間に設けられた内輪間座と、
前記回転軸と連結されるボールねじナットと、
前記ボールねじナットと螺合するねじ軸と、
前記2つの転がり軸受のうち一方の外輪に隣接配置される圧電素子と、
前記2つの転がり軸受と圧電素子に予圧を付与するスペーサと、
前記ねじ軸の軸方向に接続されたガラス針と
を有するアクチュエータを用いた細胞の操作方法であって、
前記圧電素子を超音波振動よりも低い周波数で微細伸縮させることにより前記ガラス針を微小振動させ、
前記細胞の貼りつきを解除し、
前記細胞を入れた容器から前記細胞を剥離するステップと、
前記ガラス針の代わりに中空のキャピラリを用い、
前記中空のキャピラリを微小振動させながら、
前記中空のキャピラリの先端を前記細胞に対して、前記細胞の外郭に倣って相対移動させ、前記細胞を入れた容器から前記細胞を吸引するステップとを有し、
前記細胞を剥離するステップと前記細胞を吸引するステップとを連続的に行うことを特徴とする細胞の操作方法。 Two rolling bearings arranged opposite to each other;
A rotating shaft fitted to the inner peripheral surface of each inner ring of the two rolling bearings;
An inner ring spacer provided between the inner rings of the two rolling bearings;
A ball screw nut coupled to the rotating shaft;
A screw shaft threadably engaged with the ball screw nut;
A piezoelectric element disposed adjacent to one outer ring of the two rolling bearings;
A spacer for applying a preload to the two rolling bearings and the piezoelectric element;
A cell manipulation method using an actuator having a glass needle connected in the axial direction of the screw shaft,
Microscopic vibration of the glass needle by microscopic expansion and contraction of the piezoelectric element at a frequency lower than ultrasonic vibration,
Release the sticking of the cells,
Detaching the cells from a container containing the cells ;
Use a hollow capillary instead of the glass needle,
While microvibrating the hollow capillary,
Moving the tip of the hollow capillary relative to the cell following the outline of the cell, and aspirating the cell from a container containing the cell,
A method for operating a cell, comprising continuously performing the step of peeling the cell and the step of sucking the cell.
前記2つの転がり軸受の各内輪の内周面と嵌合する回転軸と、
前記2つの転がり軸受の各内輪の間に設けられた内輪間座と、
前記回転軸と連結されるボールねじナットと、
前記ボールねじナットと螺合するねじ軸と、
前記2つの転がり軸受のうち一方の外輪に隣接配置される圧電素子と、
前記2つの転がり軸受と圧電素子に予圧を付与するスペーサと、
前記ねじ軸の軸方向に接続された中空のガラス針と
を有するアクチュエータを用いた細胞の操作方法であって、
前記圧電素子を超音波振動よりも低い周波数で微細伸縮させることにより前記中空のガラス針を微小振動させ、
前記細胞の貼りつきを解除し、
前記細胞を入れた容器から前記細胞を剥離するステップと、
前記中空のガラス針を微小振動させながら、
前記中空のガラス針の先端を前記細胞に対して、前記細胞の外郭に倣って相対移動させ、前記細胞を入れた容器から前記細胞を吸引するステップとを有し、
前記細胞を剥離するステップと前記細胞を吸引するステップとを連続的に行うことを特徴とする細胞の操作方法。 Two rolling bearings arranged opposite to each other;
A rotating shaft fitted to the inner peripheral surface of each inner ring of the two rolling bearings;
An inner ring spacer provided between the inner rings of the two rolling bearings;
A ball screw nut coupled to the rotating shaft;
A screw shaft threadably engaged with the ball screw nut;
A piezoelectric element disposed adjacent to one outer ring of the two rolling bearings;
A spacer for applying a preload to the two rolling bearings and the piezoelectric element;
A cell manipulation method using an actuator having a hollow glass needle connected in the axial direction of the screw shaft,
Microscopic vibration of the hollow glass needle by microscopic expansion and contraction of the piezoelectric element at a frequency lower than ultrasonic vibration,
Release the sticking of the cells,
Detaching the cells from a container containing the cells ;
While microvibrating the hollow glass needle,
And moving the tip of the hollow glass needle relative to the cell following the outline of the cell, and aspirating the cell from a container containing the cell,
A method for operating a cell, comprising continuously performing the step of peeling the cell and the step of sucking the cell.
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