(57)【要約】【課題】本発明が解決しようとする課題は、容器中の細胞の座標位置と状態を把握しながら、所望の細胞を選択的に分取することを可能とする細胞分取装置および細胞分取システムを提供することにある。【解決手段】実施形態の細胞分取装置は、基板と、前記基板上に配列された複数のアドレス線と、前記複数のアドレス線とマトリクス状に交差配列された複数のデータ線と、前記複数のアドレス線と複数のデータ線の各交点毎に設けられ、アドレス線及び前記データ線に接続された複数の光源素子と、前記複数のアドレス線および前記複数のデータ線に接続される配線駆動部と、前記配線駆動部と接続され、前記複数の発光素子の各々の駆動を制御する制御部と、を備える光源装置と、前記光源装置上にあって、前記複数の発光素子の光を透過し、容器を載置するためのステージと、を備える。【選択図】図１
2018057342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配列された複数のアドレス線と、
前記複数のアドレス線とマトリクス状に交差配列された複数のデータ線と、
前記複数のアドレス線と複数のデータ線の各交点毎に設けられ、アドレス線及び前記データ線に接続された複数の光源素子と、
前記複数のアドレス線および前記複数のデータ線に接続される配線駆動部と、
前記配線駆動部と接続され、前記複数の発光素子の各々の駆動を制御する制御部と、
を備える光源装置と、
前記光源装置上にあって、前記複数の発光素子の光を透過し、容器を載置するためのステージと、
を備える細胞分取装置。
【請求項２】
前記複数の光源素子のそれぞれは波長が２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の光を発光する請求項１に記載の細胞分取装置。
【請求項３】
前記光源素子は
ｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層上にあるｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層上にある第１電極と
前記ｐ型半導体層上にある上部電極層と、
前記上部電極層にある第２電極と、
を含み、
前記光源素子の前記上部電極層に開口部を有する請求項１または請求項２に記載の細胞分取装置。
【請求項４】
前記光源素子の開口部に調整蓋部をさらに備える請求項３に記載の細胞分取装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の細胞分取装置と、
前記細胞分取装置の上部に配置される撮像装置と、
前記撮像装置が撮影した画像を表示する表示部と、
前記細胞分取装置への指示を入力する入力部と、
を備える細胞分取システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
細胞分取装置および細胞分取システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞診断や再生医療などの分野において、細胞単位の評価・分析を行うために、例えば試料容器中にある複数の細胞から異常細胞を除き正常細胞のみを分取するといった、所望の細胞を選択的に分取する操作が必要である。
【０００３】
一方、近年の撮像技術と画像解析技術の進展により、容器中の個々の細胞の詳細な状態を把握することが可能となっている。例えば、細胞の蛍光発光を利用したＦＡＣＳ（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  Ａｃｔｉｖａｔｅｄ  Ｃｅｌｌ  Ｓｏｒｔｉｎｇ）や、特許文献１に示す光応答性の細胞培養基材を用いて細胞への光照射を行い、細胞を選択分取する手法が開発され、細胞培養の際に各細胞の座標位置と状態を同時に把握することも可能となってきている。
【０００４】
しかしながら、前記ＦＡＣＳにおいては、培養後の細胞を容器からＦＡＣＳ機器に移す際に、各細胞の座標位置が失われてしまう。また、特許文献１の方法では、細胞への光照射と細胞の観察が同時にできないという問題がある。したがって、画像解析装置で容器中の細胞を観察し細胞の座標位置と状態を把握しながら、細胞を選択的に分取することができる手法が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１０９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、容器中の細胞の座標位置と状態を把握しながら、所望の細胞を選択的に分取することを可能とする細胞分取装置および細胞分取システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の細胞分取装置は、基板と、前記基板上に配列された複数のアドレス線と、前記複数のアドレス線とマトリクス状に交差配列された複数のデータ線と、前記複数のアドレス線と複数のデータ線の各交点毎に設けられ、アドレス線及び前記データ線に接続された複数の光源素子と、前記複数のアドレス線および前記複数のデータ線に接続される配線駆動部と、前記配線駆動部と接続され、前記複数の発光素子の各々の駆動を制御する制御部と、を備える光源装置と、前記光源装置上にあって、前記複数の発光素子の光を透過し、容器を載置するためのステージと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態の細胞分取システムの概略図。
【図２】実施形態の細胞分取装置図。
【図３】細胞のＤＮＡの光吸収波長依存性を示す特性図。
【図４】実施形態の細胞分取装置図。
【図５】実施形態の細胞分取装置図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。同じ符号が付されているものは同様のものを示す。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
【００１０】
図１に実施形態の細胞分取システムの概略図を示す。
【００１１】
細胞分取システム３３は、細胞分取装置３９、容器４、制御部１２、撮像装置３８、入力部４１、および表示部４２を具備する。細胞分取装置３９上に細胞試料や培養液等を保持するための容器４が載置される。容器４は細胞培養用容器である。
【００１２】
細胞分取装置３９は、光源装置３２とステージ３を有する。
光源装置３２は、基板１と光源群２を有する。基板１の上方に光源群２が位置している。基板１は光源群２を支持している。光源群２はマトリックス状に配列された複数の光源素子を備える。各光源素子は、少なくとも紫外線など細胞のＤＮＡを損傷させる作用を有する光を発光することが可能な素子である。
【００１３】
ステージ３は、光源装置３２の光源群２の上方に位置し、容器４を載置するために設けられている。容器４に光源群２からの光を透過させるために、ステージ３は、光透過性の材料、例えばガラス、石英、透明樹脂などで形成するか、あるいは、光透過可能なメッシュ、網状体、あるいは容器４を支持する枠構造体等であってもよい。
【００１４】
容器４は、ステージ３上に載置される。図１には、容器４の中に培養液５と複数の細胞６が入っている状態を示した。容器４の材料は光透過性の材料、例えばガラス、石英、樹脂などで形成されたものであれば良いが、紫外光の透過のしやすさの観点から石英で形成されたものであることが望ましい。
【００１５】
制御部１２は細胞分取装置３９の光源装置３２に接続される。制御部１２は光源装置３２の光源群２の発光を制御する。
【００１６】
撮像装置３８は容器４の上方に配置される。撮像装置３８は、顕微鏡やカメラなどである。細胞分取システム３３の操作者は、撮像装置３８及びそれに接続された表示部４２を利用して、容器４の上方向からの容器４内を観察し、細胞６の座標位置や状態を把握することができる。
【００１７】
入力部４１は制御部１２に接続される。入力部４１は、操作者がマウスまたはキーボード等を操作することで入力された各種指示および各種設定の情報を、制御部１２に転送する。入力部４１は、操作者から、発光する光源群２の光源素子の指定等を受け付ける。
【００１８】
表示部４２は制御部１２と撮像装置３８に接続される。表示部４２は、操作者によって参照されるモニタ装置である。表示部４２は、制御部１２による制御のもと、撮像装置３８が撮影した容器４内の細胞６を表示する。表示部４２は、入力部４１を介して操作者から各種指示を表示する。
【００１９】
図２（ａ）に細胞分取システム３３の容器４およびその下方に位置する光源群２を上方からみた平面図、図２（ｂ）に細胞分取システム３３の光源群２および容器４の断面図を示す。
【００２０】
以下、本実施形態の細胞分取システムの使用方法について説明する。
【００２１】
図２（ａ）は容器４内に正常細胞６ａおよび異常細胞６ｂがある状態を示す。光源群２は複数の光源素子１０がマトリックス状に配置されている。各光源素子１０は開口部１７を有し、開口部１７から光が取り出される。
【００２２】
操作者は、撮像装置３８で撮影した画像によって、容器４内の細胞を観察し、正常細胞６ａや異常細胞６ｂを見分け、正常細胞６ａや異常細胞６ｂのそれぞれの位置を把握する。
【００２３】
異常細胞６ｂとは、例えば、夾雑細胞や正常細胞６ａががん細胞などに変異したものが挙げられる。異常細胞はこれに限定されるものではない。正常細胞６ａおよび異常細胞６ｂの中から、操作者が正常細胞６ａだけを分取する場合、操作者は制御部１２に接続される入力部４１に正常細胞６ａと異常細胞６ｂのそれぞれの位置を入力する。正常細胞６ａと異常細胞６ｂのそれぞれの位置情報は制御部１２に送信される。
【００２４】
それにより、細胞分取システム３３の光源装置３２において、図２（ｂ）に示すように、光源群２の異常細胞６ｂの位置に対応する特定の光源素子１０を発光させることができる。光源素子１０が異常細胞６ｂに発光すると、異常細胞６ｂ内に光が侵入し、異常細胞６ｂのＤＮＡ（ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ  ａｃｉｄ）は損傷を受ける。ＤＮＡに損傷を受けた異常細胞６ｂは、死滅するか、増殖しなくなる。
【００２５】
一方、正常細胞６ａの位置にある発光素子１０は発光しないため、正常細胞６ａは光源素子１０の発光を受けない。正常細胞６ａは生存し増殖可能な状態を保つことができる。
【００２６】
したがって、実施形態の細胞分取システム３３は、選択的に異常細胞６ｂだけを死滅または増殖を阻害し、正常細胞６ａのみを容器４内に存在させ分取することが可能である。
【００２７】
このシステムにおいては、正常細胞６ａを分取する過程において、正常細胞６ａおよび異常細胞６ｂを別の容器に移動させる必要がないため、正常細胞６ａおよび異常細胞６ｂの位置情報が失われることがない。したがって、正常細胞６ａの増殖の逐次変化を確認しながら、正常細胞６ａの分取が可能となる。
【００２８】
なお、操作者が入力部４１に異常細胞６ｂの位置情報を入力する手動の実施例を示したが、撮像装置３８が異常細胞６ｂを自動認識し、制御部１２が、自動的に異常細胞６ｂが存在する位置に対応する発光素子１０を発光させるように制御してもよい。
【００２９】
図３に細胞の内部に存在するＤＮＡの光吸収波長依存性の関係図を示す。
正常細胞６ａや異常細胞６ｂの内部に存在するＤＮＡは、波長が２６０ｎｍ程度の紫外光を最も吸収する。つまり、正常細胞６ａおよび異常細胞６ｂの内部に存在するＤＮＡは、波長が２６０ｎｍの紫外光が照射されると損傷しやすい。したがって、細胞分取システム３３の光源素子１０が発光する光の波長は２６０ｎｍ程度、例えば２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であるとよい。
【００３０】
以下に細胞分取システム３３をさらに詳細に説明する。
【００３１】
図４に細胞分取システム３３の光源装置３２の概略図を示す。
図４（ａ）は細胞分取システム３３の光源装置３２の側面図である。図４（ａ）に示すように光源装置３２においては、光源群２が基板１上に配置されている。光源群２は複数の光源素子１０を有する。光源群２をなす個々の光源素子１０は発光ダイオード（ＬＥＤ）である。複数の光源素子１０は基板１とは反対側の方向、すなわち容器４に向かって光を発光するよう配置されている。光源素子１０の発光ダイオードは少なくとも紫外光、例えば波長が２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の光を発光する。また、光源素子１０として紫外光を発する発光ダイオードの他に、細胞観察等他の用途に適した可視光を発生する発光ダイオード等、他の波長を発光する発光素子を組み合わせて配置しても良い。
【００３２】
また、光源装置３２は２つのアドレス線部駆動部７、７´、および２つのデータ線部駆動部１１、１１´（１１´は図示せず）を具備する。後述するように個々の光源素子１０は、アドレス線部駆動部７、７´およびデータ線部駆動部１１、１１´に連結した複数のアドレス線部及び複数のデータ線部に電圧が印加されることにより駆動する。
【００３３】
図４（ｂ）は図４（ａ）の光源装置３２の平面図である。
図４（ｂ）に示すように、基板１上に、２つのアドレス線駆動部（配線駆動部）７、７´、アドレス線部８、データ線部９、および２つのデータ線駆動部（配線駆動部）１１、１１´が配置されている。
【００３４】
基板１上において、２つのアドレス線駆動部７、７´は離間し、対向して配置されている。２つのアドレス線駆動部７、７´の間には、複数（例えばｍ（ｍ＞１））のアドレス線部８が配置され、各々アドレス線駆動部７、７´に接続している。複数のアドレス線部８のそれぞれは互いに略平行に配列されている。
【００３５】
また、基板１上において、２つのデータ線駆動部１１、１１´は離間し、対向して配置されている。２つのデータ線駆動部１１、１１´は、２つのアドレス線駆動部７、７´が配列している方向と略垂直な方向に配列されている。２つのデータ線駆動部１１、１１´の間には、複数（例えばｎ（ｎ＞１））のデータ線部９が配置され、データ線駆動部１１、１１´に接続している。複数のデータ線部９のそれぞれは、互いに略平行に配列されている。つまりアドレス線部８とデータ線部９は、ｍ×ｎのマトリックス状に互いに交差している。
【００３６】
制御部１２は、アドレス線駆動部７、７’とデータ線駆動部１１、１１’のそれぞれに配線で接続される（図４（ｂ）においては、配線を点線で示している。）。
【００３７】
制御部１２は、アドレス線部８とデータ線部９に電圧を印加するために、アドレス線駆動部７、７’とデータ線駆動部１１、１１’を制御する。光源素子１０は、アドレス線部８とデータ線部９に電圧が印加されることで発光する。アドレス線部８の電圧は、アドレス線駆動部７、７’を介して制御部１２で制御される。データ線部９の電圧は、データ線駆動部１１、１１’を介して制御部１２で制御される。
【００３８】
ここで、光源素子１０が、ある閾値Ｖｔｈ（Ｖ）以上の電圧で発光する場合を考える。たとえば、図４（ｂ）の右からｙ番目のデータ線部９にＶ１（Ｖ）の電圧を印加し、図４（ｂ）の上からｘ番目にＶ２（Ｖ）の電圧を印加する。この場合、Ｖｔｈ（Ｖ）＜Ｖ１＋Ｖ２（Ｖ）を満たすと、ｙ行ｘ列の位置にある光源素子１０を発光させることができる。ただし、電圧Ｖ１（Ｖ）とＶ２（Ｖ）のそれぞれは正の値である。さらに、この場合、Ｖｔｈ（Ｖ）＜Ｖ１（Ｖ）かつＶｔｈ（Ｖ）＜Ｖ２（Ｖ）を満たすと、ｙ行ｘ列以外の光源素子１０は発光しない。
【００３９】
アドレス線部８とデータ線部９に電圧が印加されることで、データ線部９の配列方向にｎ個とアドレス線部８の配列方向にｍ個の光源素子１０を配置した（ｍ，ｎ）マトリックス配列の各光源素子１０を任意に発光させることができる。
【００４０】
光源素子１０は１つだけではなく、選択的に２つ以上を同時に発光させることも可能である。
【００４１】
なお、本実施形態では、アドレス線部８とデータ線部９への電圧の印加方法として、パッシブマトリックス（単純マトリックス）駆動方式を用いた。本発明においては、パッシブマトリックス駆動方式に限られるものではない。たとえば、光源素子１０を選択するために、トランジスタを各光源素子１０に接続したアクティブマトリックス駆動方式などの他の駆動方式も適用可能である。
【００４２】
次に発光素子１０についてさらに説明する。
図５（ａ）に光源群３２を構成する光源素子１０の平面拡大図を示す。図５（ａ）は図４（ｂ）の点線の丸枠で囲んだ部分の平面拡大図であり、発光装置３３の上方から光源素子１０を見た図である。
【００４３】
アドレス線部８は、配線３５を介して、光源素子１０に電気的に接続されている。データ線部９は、配線３４を介して、光源素子１０に接続されている。なお、アドレス線部８とデータ線部９は、互いに交差しているが接続はしていない。図５（ａ）の場合、アドレス線部８は、データ線部９よりも紙面の奥方向にある。そのため、アドレス線部８は点線で示し、データ線部９は実線で示している。
【００４４】
図５（ｂ）に発光素子１０のＡＡ’断面図を示す。
【００４５】
図５（ａ）に示した点線ＡＡ’は、次の図５（ｂ）に示した光源素子１０の断面図の断面の位置を示すためのものである。
【００４６】
発光素子１０は、支持基板４０、第１の半導体層２０、第２の半導体層２１、第３の半導体層２３、第４の半導体層２４、上部電極層１８、第１電極１５、第２電極１６、絶縁保護層２８、および開口部１７を有する。
【００４７】
第１の半導体層２０は支持基板４０上に設けられる。第１の半導体層２０はバッファ層である。
【００４８】
第２の半導体層２１は、第１の半導体層２０上に設けられる。第２の半導体層２１は、例えば、ｎ型ＧａＮ層である。
【００４９】
第３の半導体層２３は第２の半導体層２１上に設けられる。第３の半導体層２３は、例えば、ＡｌＧａＮ層及びＧａＮ層を積層した活性層である。
【００５０】
第４の半導体層２４は第３の半導体層２３上に設けられる。第４の半導体層２４は、例えば、ｐ型ＧａＮ層である。
【００５１】
上部電極層１８は、第４の半導体層２４上に設けられる。上部電極１８は、例えば、ｐ型電極である。上部電極層１８は開口部１７を有している。
【００５２】
第１電極１５は、第２半導体層２１上に設けられる。第１電極１５は、例えば、ｎ型電極である。
【００５３】
第２電極１６は、上部電極層１８上に設けられている。第２電極１６は、例えば、ｐ型電極である。
【００５４】
第１電極１５と第２電極１６との絶縁性を確保するために、第１電極１５は絶縁保護層２８に覆われている。
【００５５】
第１半導体層２０、第２半導体層２１、第３半導体層２３、および第４半導体層２４のそれぞれの組成や厚みを変えることで、光源素子１０が発光する光の波長を変えることができる。
【００５６】
ここで第１電極１５はアドレス線部８に接続されており、第２電極１６はデータ線部９に電気的に接続されている。光源素子１０は、第１電極１５と第２電極１６の間に所望の電圧を与えることで半導体層が発光し、開口部１７から光が取り出される。
【００５７】
光源素子１０は、開口部１７から光が取り出される。開口部１７は、上部電極層１８に設けられる。開口部１７は円形である。開口部１７の面積は、光源素子１０の光を発光する側、つまり、光源素子１０の上面部分の面積の５０％以下であることが望ましい。なお、開口部１７の形は円形に限らず、例えば、四角形でもよい。
【００５８】
光源素子１０の上方からの平面配置は、図５（ａ）に示すように第２電極１６、上部電極層１８及び開口部１７、絶縁保護層２８が上面に位置するように配置されている。
【００５９】
発光素子１０には調整蓋部３６を設けても良い。調整蓋部３６は、開口部１７を覆うことで、開口部１７から発光する光の量を調整する。調整蓋部３６は、開口部１７の近傍に配置される。調整蓋部３６は、光源装置３２の操作者の任意のタイミングで操作される。
【００６０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、説明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６１】
１  基板
２  光源群
３  ステージ
４  容器
５  培養液
６  細胞
６ａ  正常細胞
６ｂ  異常細胞
７  アドレス線駆動部
８  アドレス線部
９  データ線部
１０  光源素子
１１  データ線駆動部
１２  制御部
１５  第１電極
１６  第２電極
１７  開口部
１８  上部電極層
２０  第１半導体層
２１  第２半導体層
２３  第３半導体層
２４  第４半導体層
２８  絶縁保護層
３２  光源装置
３３  細胞分取システム
３４  配線
３５  配線
３６  調整蓋部
３８  撮像装置
３９  細胞分取装置
４０  支持基板
４１  入力部
４２  表示部
【図１】
2018057342.tif 000003
【図２】
2018057342.tif 000004
【図３】
2018057342.tif 000005
【図４】
2018057342.tif 000006
【図５】
2018057342.tif 000007