(57)【要約】【課題】操作者の熟練度、技術によらず、効率よくかつ好適に微小対象物に対する操作を行うことができる微小対象物操作用ポンプ装置及びマニピュレーションシステムを提供する。【解決手段】内部圧力により微小対象物を操作するための操作手段に接続される微小対象物操作用ポンプ装置であって、内部に液体を含有するシリンジ部と、回転駆動によりシリンジ部の内部圧力の調整を行うモータとを含む電動ポンプと、電動ポンプに対する入力操作を行うための操作入力部と、操作入力部の位置の変化を検出するエンコーダとを含む操作端末と、エンコーダからの操作入力部の位置に関する信号に基づいて、モータに対する制御信号を出力するコントローラとを有する。【選択図】図４
2018032002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部圧力により微小対象物を操作するための操作手段に接続される微小対象物操作用ポンプ装置であって、
内部に液体を含有するシリンジ部と、回転駆動により前記シリンジ部の内部圧力の調整を行うモータとを含む電動ポンプと、
前記電動ポンプに対する操作を行うための操作入力部と、前記操作入力部の位置の変化を検出するエンコーダとを含む操作端末と、
前記エンコーダからの前記操作入力部の位置に関する信号に基づいて、前記モータに対する制御信号を出力するコントローラとを有する微小対象物操作用ポンプ装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記エンコーダからの前記操作入力部の位置に関する信号に基づいて、前記操作入力部の単位時間当たりの位置の変化を算出する請求項１に記載の微小対象物操作用ポンプ装置。
【請求項３】
前記コントローラは、前記エンコーダからの前記操作入力部の位置に関する信号に基づいて、前記操作入力部の操作量を算出する請求項１に記載の微小対象物操作用ポンプ装置。
【請求項４】
前記電動ポンプは、前記モータの回転駆動を、前記シリンジ部の軸方向に沿った方向の運動に変換して前記シリンジ部に伝達する移動機構を含む請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の微小対象物操作用ポンプ装置。
【請求項５】
前記コントローラは、前記操作入力部に対する操作開始から操作終了までの期間における、前記操作入力部の位置と時間との関係を記憶する記憶部を含む請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の微小対象物操作用ポンプ装置。
【請求項６】
前記記憶部は、前記操作入力部の位置に関する信号と前記電動ポンプの駆動条件との関係を定めた所定のパラメータを記憶する請求項５に記載の微小対象物操作用ポンプ装置。
【請求項７】
前記操作端末は、前記操作入力部の操作量又は操作速度を表示する表示部を有する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の微小対象物操作用ポンプ装置。
【請求項８】
前記表示部は、前記操作入力部に対する操作開始から操作終了までの期間における、前記操作入力部の位置と、時間との関係を示すグラフを、過去の前記操作入力部の位置と、時間との関係を示すグラフと対応づけて表示させる請求項７に記載の微小対象物操作用ポンプ装置。
【請求項９】
前記操作端末は、前記操作入力部の位置に関する信号を前記電動ポンプに対する前記制御信号に変換する際のゲイン量を調整するための調整部を有する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の微小対象物操作用ポンプ装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の微小対象物操作用ポンプ装置と、
微小対象物が載置される試料ステージと、
前記微小対象物を操作するための前記操作手段を備えるマニピュレータと、
前記試料ステージ及び前記マニピュレータを制御する制御部とを備えるマニピュレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小対象物操作用ポンプ装置及びマニピュレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオテクノロジ分野において、顕微鏡観察下で細胞や卵にＤＮＡ溶液や細胞を注入する等のように、微小な対象物に微細な操作を行うマイクロマニピュレーションシステムが知られている。微小対象物を固定するための固定用ピペットで微小対象物の位置を固定しつつ、操作用ピペットを微小対象物の操作対象の位置に突き刺してインジェクション操作が行われる。
【０００３】
下記特許文献１の細胞採取装置は、細胞の操作を行うマニピュレータと、マニピュレータから空気を吸引し、又はマニピュレータに給気を行うことが可能なインジェクタが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１６９１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のインジェクタは、操作ハンドルの操作により供給又は吸引される空気量を手動で調整する空気圧式であるため、操作者の高い技術が必要であり、微小対象物の損傷や、操作者の感覚に依存した操作のバラツキが生じる可能性がある。また、操作ハンドルの操作と、マニピュレータの操作との応答性を確保するために、操作ハンドルとマニピュレータとを接続する配管の長さに制約が生じる。このため、マニピュレータの遠隔操作が困難となる場合があり、使用者は顕微鏡設置場所で操作を行う必要がある。
【０００６】
本発明は、操作者の熟練度、技術によらず、効率よくかつ好適に微小対象物に対する操作を行うことができる微小対象物操作用ポンプ装置及びマニピュレーションシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る微小対象物操作用ポンプ装置は、内部圧力により微小対象物を操作するための操作手段に接続される微小対象物操作用ポンプ装置であって、内部に液体を含有するシリンジ部と、回転駆動により前記シリンジ部の内部圧力の調整を行うモータとを含む電動ポンプと、前記電動ポンプに対する入力操作を行うための操作入力部と、前記操作入力部の位置の変化を検出するエンコーダとを含む操作端末と、前記エンコーダからの前記操作入力部の位置に関する信号に基づいて、前記モータに対する制御信号を出力するコントローラとを有する。
【０００８】
これによれば、操作入力部に対する操作をエンコーダにより検出し、操作入力部の位置に関する信号に基づいて電動ポンプが電動駆動されるので、駆動条件を定量化して微小対象物操作用ポンプ装置の操作を行うことが可能である。したがって、操作者の熟練度、技術の差を軽減することができ、効率よくかつ好適に微小対象物に対する操作を行うことができる。操作端末は操作入力部の位置に関する信号をコントローラに出力するので、手動で操作するポンプに比べて電動ポンプは良好な応答性を有し、操作端末を設置する場所の制約が少なくなる。
【０００９】
本発明の一態様に係る微小対象物操作用ポンプ装置において、前記コントローラは、前記エンコーダからの前記操作入力部の位置に関する信号に基づいて、前記操作入力部の単位時間当たりの位置の変化を算出する。これによれば、操作入力部の速度情報と対応してモータが駆動されるので、容易に駆動条件を定量化することが可能である。
【００１０】
本発明の一態様に係る微小対象物操作用ポンプ装置において、前記コントローラは、前記エンコーダからの前記操作入力部の位置に関する信号に基づいて、前記操作入力部の操作量を算出する。これによれば、操作入力部の操作量、すなわち、操作入力部の位置の変化量と対応してモータが駆動されるので、容易に駆動条件を定量化することが可能である。
【００１１】
本発明の一態様に係る微小対象物操作用ポンプ装置において、前記電動ポンプは、前記モータの回転駆動を、前記シリンジ部の軸方向に沿った方向の運動に変換して前記シリンジ部に伝達する駆動伝達部を含む。このような構成により、モータの回転駆動により電動ポンプのシリンジ部の内部圧力を変化させることができる。
【００１２】
本発明の一態様に係る微小対象物操作用ポンプ装置において、前記コントローラは、前記操作入力部に対する操作開始から操作終了までの期間における、前記操作入力部の位置と時間との関係を記憶する記憶部を含む。これによれば、過去の操作方法の履歴と、今回の操作方法の履歴とを比較することで、操作者の熟練度、技術によらず同じような操作を実現することが容易である。
【００１３】
本発明の一態様に係る微小対象物操作用ポンプ装置において、前記記憶部は、前記操作入力部の位置に関する信号と前記電動ポンプの駆動条件との関係を定めた所定のパラメータを記憶する。これによれば、例えば、操作入力部の操作量と電動ポンプの駆動量や、操作入力部の操作タイミングと電動ポンプの駆動開始のタイミングとの間隔を定めることができ、より好適に微小対象物に対する操作を実現することができる。
【００１４】
本発明の一態様に係る微小対象物操作用ポンプ装置において、前記操作端末は、前記操作入力部の操作量又は操作速度を表示する表示部を有する。これによれば、操作者は、表示部を視認して作業状況を確認しつつ操作入力部の操作を行うことができるので、状況に合わせて適切な操作を行うことができる。
【００１５】
本発明の一態様に係る微小対象物操作用ポンプ装置において、前記表示部は、前記操作入力部に対する操作開始から操作終了までの期間における、前記操作入力部の位置と、時間との関係を示すグラフを、過去の前記操作入力部の位置と、時間との関係を示すグラフと対応づけて表示させる。これによれば、熟練操作者と、非熟練操作者との操作を比較して表示することができ、不慣れな操作者のトレーニング効率が向上する。
【００１６】
本発明の一態様に係る微小対象物操作用ポンプ装置において、前記操作端末は、前記操作入力部の位置に関する信号を前記電動ポンプに対する前記制御信号に変換する際のゲイン量を調整するための調整部を有する。これによれば、操作入力部の操作量と、モータの駆動量との関係を適切に変更することができ、モータの駆動の分解能を高めることが可能である。
【００１７】
本発明の一態様に係る微小対象物操作用ポンプ装置において、前記操作端末は、前記制御信号を供給するための信号線を介して前記電動ポンプと接続されている。これによれば、信号線を長くした場合であっても、電動ポンプは良好な応答性を有するので、操作端末を設置する場所の制約が少なくなる。
【００１８】
本発明の一態様に係るマニピュレーションシステムは、上記の微小対象物操作用ポンプ装置と、微小対象物が載置される試料ステージと、前記微小対象物を操作するための前記操作手段を備えるマニピュレータと、前記試料ステージ及び前記操作手段を制御する制御部とを備える。
【００１９】
これによれば、微小対象物操作用ポンプ装置により操作手段の内部圧力を変化させて、微小対象物の操作を行うことができる。また、操作端末を設置する場所の制約が少なくなるので、試料ステージやマニピュレータと離れた位置で操作することができる。このため、操作者に起因する振動に注意を払いながら操作する必要がなくなり、作業負担の軽減につながる。したがって、操作者の熟練度、技術の差を軽減することができ、効率よくかつ好適に微小対象物に対する操作を行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、操作者の熟練度、技術によらず、効率よくかつ好適に微小対象物に対する操作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、実施形態に係る細胞操作用ポンプ装置を備えたマニピュレーションシステムの構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、微動機構の一例を示す断面図である。
【図３】図３は、マニピュレーションシステムの制御ブロック図である。
【図４】図４は、実施形態に係る細胞操作用ポンプ装置を説明するための模式図である。
【図５】図５は、細胞操作用ポンプ装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図６】図６は、電動ポンプの一例を示す模式断面図である。
【図７】図７は、移動機構の一例を示す上面図である。
【図８】図８は、移動機構の一例を示す側面図である。
【図９】図９は、操作端末の一例を示す模式図である。
【図１０】図１０は、細胞操作用ポンプ装置の操作方法の一例を示す説明図である。
【図１１】図１１は、操作ノブの操作量とモータの駆動量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２３】
図１は、実施形態に係る細胞操作用ポンプ装置を備えたマニピュレ−ションシステムの構成を模式的に示す図である。マニピュレーションシステム１０は、顕微鏡観察下で微小対象物である試料を操作するためのシステムである。図１において、マニピュレーションシステム１０は、第１マニピュレータ１４と、第２マニピュレータ１６と、マニピュレーションシステム１０を制御するコントローラ４３と、細胞操作用ポンプ装置５０Ａ、５０Ｂと、を備えている。顕微鏡ユニット１２の両側に第１マニピュレータ１４と第２マニピュレータ１６とが分かれて配置されている。
【００２４】
細胞操作用ポンプ装置５０Ａは、第１マニピュレータ１４に対応して配置される。細胞操作用ポンプ装置５０Ａは、第１マニピュレータ１４に取り付けられた第１ピペット２５の内部圧力を調整し、微小対象物である試料を第１ピペット２５に固定する操作を行うための装置である。また、細胞操作用ポンプ装置５０Ｂは、第２マニピュレータ１６に対応して配置される。細胞操作用ポンプ装置５０Ｂは、第２マニピュレータ１６に取り付けられた第２ピペット３５の内部圧力を調整し、微小対象物である試料に対するインジェクション操作を行うための装置である。
【００２５】
顕微鏡ユニット１２は、撮像素子を含むカメラ１８と、顕微鏡２０と、試料ステージ２２とを備えている。試料ステージ２２は、シャーレなどの試料保持部材１１を支持可能であり、試料保持部材１１の直上に顕微鏡２０が配置される。顕微鏡ユニット１２は、顕微鏡２０とカメラ１８とが一体構造となっており、試料保持部材１１に向けて光を照射する光源（図示は省略している）を備えている。なお、カメラ１８は、顕微鏡２０と別体に設けてもよい。図１では、顕微鏡２０及びカメラ１８は、試料保持部材１１の上方に配置されているが、試料保持部材１１の下方に配置してもよい。
【００２６】
試料保持部材１１には、試料を含む溶液が収容される。試料保持部材１１の試料に光が照射され、試料保持部材１１の試料で反射した光が顕微鏡２０に入射すると、試料に関する光学像は、顕微鏡２０で拡大された後、カメラ１８で撮像される。カメラ１８で撮像された画像を基に試料の観察が可能となっている。
【００２７】
図１に示すように、第１マニピュレータ１４は、第１ピペット保持部材２４と、Ｘ−Ｙ軸テーブル２６と、Ｚ軸テーブル２８と、Ｘ−Ｙ軸テーブル２６を駆動する駆動装置３０と、Ｚ軸テーブル２８を駆動する駆動装置３２とを備える。第１マニピュレータ１４は、Ｘ軸−Ｙ軸−Ｚ軸の３軸構成のマニピュレータである。なお、本実施形態において、水平面内の一方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と交差する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと交差する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。
【００２８】
Ｘ−Ｙ軸テーブル２６は、駆動装置３０の駆動により、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に移動可能となっている。Ｚ軸テーブル２８は、Ｘ−Ｙ軸テーブル２６上に上下移動可能に配置され、駆動装置３２の駆動によりＺ軸方向に移動可能になっている。駆動装置３０、３２は、コントローラ４３に接続されている。
【００２９】
第１ピペット保持部材２４は、Ｚ軸テーブル２８に連結され、先端に毛細管チップである第１ピペット２５が取り付けられている。第１ピペット保持部材２４は、Ｘ−Ｙ軸テーブル２６とＺ軸テーブル２８の移動に従って３次元空間を移動領域として移動し、試料保持部材１１に収容された試料を、第１ピペット２５の端部に固定することができる。第１ピペット２５の内部圧力は、細胞操作用ポンプ装置５０Ａから供給される圧力Ｐにより制御され、第１ピペット２５の吸引により試料が固定される。
【００３０】
本実施形態において、第１マニピュレータ１４は、微小対象物の固定に用いられる固定用マニピュレータであり、第１ピペット２５は、微小対象物の固定操作手段として用いられるホールディングピペットである。なお、これに限られず、第１マニピュレータ１４は、微小対象物の採取に用いられる採取用マニピュレータであってもよく、第１ピペット２５は、微小対象物の採取手段として用いられてもよい。
【００３１】
図１に示す第２マニピュレータ１６は、第２ピペット保持部材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とを備える。第２マニピュレータ１６は、Ｘ軸−Ｙ軸−Ｚ軸の３軸構成のマニピュレータである。
【００３２】
Ｘ−Ｙ軸テーブル３６は、駆動装置４０の駆動により、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に移動可能となっている。Ｚ軸テーブル３８は、Ｘ−Ｙ軸テーブル３６上に上下移動可能に配置され、駆動装置４２の駆動によりＺ軸方向に移動可能になっている。駆動装置４０、４２は、コントローラ４３に接続されている。
【００３３】
第２ピペット保持部材３４は、Ｚ軸テーブル３８に連結され、先端にガラス製の第２ピペット３５が取り付けられている。第２ピペット保持部材３４は、Ｘ−Ｙ軸テーブル３６とＺ軸テーブル３８の移動に従って３次元空間を移動領域として移動し、試料保持部材１１に収容された試料を人工操作することが可能である。第２ピペット３５の内部圧力は、細胞操作用ポンプ装置５０Ｂから供給される圧力Ｐにより制御され、第２ピペット３５により試料に対する溶液等の注入が行われる。すなわち、第２マニピュレータ１６は、微小対象物の操作（ＤＮＡ溶液の注入操作や穿孔操作など）に用いられる操作用マニピュレータであり、第２ピペット３５は、微小対象物のインジェクション操作手段として用いられるインジェクションピペットである。
【００３４】
Ｘ−Ｙ軸テーブル３６とＺ軸テーブル３８は、第２ピペット保持部材３４を、試料保持部材１１に収容された試料などの操作位置まで粗動駆動する粗動機構（３次元移動テーブル）として構成されている。また、Ｚ軸テーブル３８と第２ピペット保持部材３４との連結部には、ナノポジショナとして微動機構４４が備えられている。微動機構４４は、第２ピペット保持部材３４をその長手方向（軸方向）に移動可能に支持するとともに、第２ピペット保持部材３４をその長手方向（軸方向）に沿って微動駆動するように構成される。
【００３５】
図２は、微動機構の一例を示す断面図である。図２に示すように微動機構４４は、第２ピペット保持部材３４を駆動対象とする圧電アクチュエータ４４ａを備える。圧電アクチュエータ４４ａは、筒状のハウジング８７と、ハウジング８７の内部に設けられた転がり軸受８０、８２と、圧電素子９２とを含む。第２ピペット保持部材３４は、ハウジング８７の軸方向に挿通され、転がり軸受８０、８２を介してハウジング８７に支持される。
【００３６】
転がり軸受８０は、内輪８０ａと、外輪８０ｂと、内輪８０ａと外輪８０ｂとの間に設けられたボール８０ｃとを備える。転がり軸受８２は、内輪８２ａと、外輪８２ｂと、内輪８２ａと外輪８２ｂとの間に設けられたボール８２ｃとを備える。各外輪８０ｂ、８２ｂがハウジング８７の内周面に固定され、各内輪８０ａ、８２ａが中空部材８４を介して第２ピペット保持部材３４の外周面に固定される。このように、転がり軸受８０、８２は、第２ピペット保持部材３４を回転自在に支持するようになっている。
【００３７】
転がり軸受８０の内輪８０ａと、転がり軸受８２の内輪８２ａとの間に内輪間座としてのフランジ部８４ａが配置される。内輪８０ａの先端側、及び内輪８２ａの後端側に設けられたロックナット８６、８６により、転がり軸受８０、８２の軸方向の位置が固定される。
【００３８】
外輪８２ｂの軸方向後端側には、転がり軸受８０、８２と同軸に、円環状のスペーサ９０、円環状の圧電素子９２、及びハウジング８７の蓋８８が、この順で配置される。蓋８８は、圧電素子９２を軸方向に固定するためのもので、第２ピペット保持部材３４が挿通される孔部を有する。
【００３９】
圧電素子９２は、コントローラ４３からの印加電圧に応答して第２ピペット保持部材３４の軸方向に沿って伸縮し、第２ピペット保持部材３４及び第２ピペット３５（図１参照）をその軸方向に沿って微動させるようになっている。これにより、第２ピペット３５の位置が微調整される。このように微動機構４４により、微小対象物への操作（ＤＮＡ溶液や細胞の注入操作や穿孔操作など）の際には、より正確な操作が可能となり、圧電素子９２による穿孔作用の向上を実現できる。
【００４０】
なお、上述の微動機構４４は、微小対象物のインジェクション操作用の第２マニピュレータ１６に設けられるとしているが、図１に示すように微小対象物の固定用の第１マニピュレータ１４に設けてもよく、省略することも可能である。
【００４１】
次に、コントローラ４３によるマニピュレーションシステム１０の制御について図３を参照して説明する。図３は、マニピュレーションシステムの制御ブロック図である。
【００４２】
コントローラ４３は、演算手段としてのＣＰＵ（中央演算処理装置）及び記憶手段としてのハードディスク、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等のハードウェア資源を備える。コントローラ４３は、記憶部４６Ｂに格納された所定のプログラムに基づいて各種の演算を行い、演算結果に従って制御部４６Ａが各種の制御を行うように駆動信号を出力する。
【００４３】
制御部４６Ａは、顕微鏡ユニット１２の焦点合わせ機構８１、第１マニピュレータ１４の駆動装置３０、３２、第２マニピュレータ１６の駆動装置４０、４２を制御する。また、制御部４６Ａは、細胞操作用ポンプ装置５０Ａ、５０Ｂを制御してもよい。制御部４６Ａは、必要に応じて設けられたドライバやアンプ等を介して、それぞれに駆動信号を出力する。制御部４６Ａは、駆動装置３０、３２、４０、４２にそれぞれ駆動信号ＶＸＹ、駆動信号ＶＺ（図１参照）を供給する。制御部４６Ａは、微動機構４４にナノポジショナ制御信号ＶＮ（図１参照）を供給して、微動機構４４の制御を行ってもよい。
【００４４】
コントローラ４３は、情報入力手段としてジョイスティック４７と、キーボードやタッチパネル等の入力部４９とが接続されている。また、コントローラ４３は、液晶パネル等の表示部４５が接続される。表示部４５にはカメラ１８で取得した顕微鏡画像や各種制御用画面が表示されるようになっている。
【００４５】
図３に示すように、コントローラ４３は、さらに画像入力部４３Ａ、画像処理部４３Ｂ、画像出力部４３Ｃ及び位置検出部４３Ｄを備えている。顕微鏡２０を通してカメラ１８で撮像した画像信号ＶＰＩＸ（図１参照）が画像入力部４３Ａに入力される。画像処理部４３Ｂは、画像入力部４３Ａから画像信号を受け取って、画像処理を行う。画像出力部４３Ｃは、画像処理部４３Ｂで画像処理された画像情報を表示部４５へ出力する。位置検出部４３Ｄは、画像処理部４３Ｂから画像情報を受け取り、この画像情報に基づいてカメラ１８で撮像された微小対象物である細胞の位置等を検出することができる。画像入力部４３Ａ、画像処理部４３Ｂ、画像出力部４３Ｃ及び位置検出部４３Ｄは、制御部４６Ａにより制御される。
【００４６】
制御部４６Ａは、細胞等の位置情報、及び細胞等の有無の情報に基づいて、第１マニピュレータ１４、第２マニピュレータ１６を制御する。本実施形態において、制御部４６Ａは、記憶部４６Ｂにあらかじめ保存された所定のプログラムに従って、第１マニピュレータ１４及び第２マニピュレータ１６を自動的に駆動することができる。本実施形態において、細胞操作用ポンプ装置５０Ａ、５０Ｂは、位置検出部４３Ｄから受け取った細胞の位置の情報に基づいて、後述する電動ポンプ２９の駆動を制御して細胞に対する操作を行ってもよい。
【００４７】
次に細胞操作用ポンプ装置５０Ａ、５０Ｂの構成について説明する。図４は、実施形態に係る細胞操作用ポンプ装置を説明するための模式図である。図５は、細胞操作用ポンプ装置の構成の一例を示すブロック図である。なお、以下の例では、第１マニピュレータ１４に対応して設けられた細胞操作用ポンプ装置５０Ａについて説明するが、第２マニピュレータ１６に対応して設けられた細胞操作用ポンプ装置５０Ｂについても同様の構成とすることができる。
【００４８】
図４及び図５に示すように、細胞操作用ポンプ装置５０Ａは、電動ポンプ２９と、操作端末５１と、コントローラ５３と、ドライバ５４（図４では省略して示す）と、を含む。図４に示すように、電動ポンプ２９には、配管５２を介して第１マニピュレータ１４の第１ピペット保持部材２４が接続されている。試料保持部材１１の内部に培養液７３及び細胞１００が収容されている。図４に示す例では、第１ピペット２５の先端が培養液７３に漬けられて、採取対象の細胞１００の近傍に配置された状態で、電動ポンプ２９が矢印Ｄａに示す方向に吸引を行う。電動ポンプ２９の吸引により第１ピペット２５の内部圧力が小さくなり、試料保持部材１１に保持された細胞１００は培養液７３とともに矢印Ｄｂに示す方向に移動し、第１ピペット２５の内部に採取される。なお、細胞１００は、顕微鏡観察下でＤＮＡ溶液の注入操作や穿孔操作等の操作が行われる微小対象物であり、例えば受精卵、卵細胞、又はその他の細胞であってもよい。また、試料保持部材１１の内部に保持された培養液７３は、例えば、生理食塩水等が用いられる。
【００４９】
操作端末５１は、操作者が電動ポンプ２９に対する操作情報を入力するための操作情報入力部である。操作端末５１は、エンコーダ５１Ａ及び信号変換部５１Ｂを含む。エンコーダ５１Ａは、操作ノブ５１Ｃの位置の変化を検出する検出器である。本実施形態では、操作ノブ５１Ｃは回転可能に設けられており、エンコーダ５１Ａは、操作ノブ５１Ｃの位置に関する情報として回転変位量、回転速度等を検出することができる。エンコーダ５１Ａは、操作ノブ５１Ｃの操作量に応じた検出信号を信号変換部５１Ｂに出力する。
【００５０】
信号変換部５１Ｂは、エンコーダ５１Ａから供給された検出信号を、例えば、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）信号に変換し、ＵＳＢ信号をコントローラ５３に出力する。
【００５１】
コントローラ５３は、信号線５７Ａを介して操作端末５１と接続されている。コントローラ５３は、制御部５３Ａと、記憶部５３Ｂとを含む。制御部５３Ａは、操作端末５１から信号線５７Ａを介して供給された検出信号に基づいて、電動ポンプ２９の制御を行う。記憶部５３Ｂは、電動ポンプ２９の駆動に関する情報や、操作端末５１の操作量に関する情報を記憶する。
【００５２】
ドライバ５４は、制御部５３Ａから供給された制御信号に基づいて、電動ポンプ２９を駆動させる駆動信号を生成し、信号線５７Ｂを介して電動ポンプ２９に駆動信号を供給する駆動回路である。
【００５３】
本実施形態において、コントローラ５３及びドライバ５４は、操作端末５１に内蔵された構成としてもよい。また、コントローラ５３及びドライバ５４は、マニピュレーションシステム１０のコントローラ４３（図１参照）に含まれていてもよい。
【００５４】
電動ポンプ２９は、回転型のモータ６１により駆動するシリンジ型ポンプである。電動ポンプ２９により生じた圧力の変化が、配管５２を介して第１ピペット保持部材２４及び第１ピペット２５に伝達される。これにより、第１ピペット２５の内部圧力を調整して、例えば細胞１００の採取等、細胞１００に対する各種操作を行うことができる。
【００５５】
次に、電動ポンプの構成について説明する。図６は、電動ポンプの一例を示す模式断面図である。図７は、移動機構の一例を示す上面図である。図８は、移動機構の一例を示す側面図である。図６に示すように、電動ポンプ２９は、モータ６１と、移動機構６２と、シリンジ機構６５と、を含む。
【００５６】
図６に示すように、シリンジ機構６５は、シリンジ部６６とピストン６７とを有する。シリンジ部６６は内部空間６８を有し、内部空間６８に液体７２及び培養液７３が充填されている。培養液７３は、試料保持部材１１の内部に保持された培養液７３（図４参照）と同じものであり、電動ポンプ２９の吸引動作又は注入動作により、試料保持部材１１の培養液７３の吸引又はシリンジ部６６の培養液７３の吐出が行われる。ピストン６７は内部空間６８に配置され、シリンジ部６６の軸方向に移動可能となっている。ピストン６７が軸方向に移動することで、液体７２も軸方向に移動する。これにより、内部空間６８における培養液７３の体積が変化する。シリンジ機構６５の端部には、コネクタ７０を介して配管５２が接続される。シリンジ部６６の内部空間６８は、コネクタ７０の孔部７０Ａを介して配管５２とつながっており、シリンジ部６６の内部空間６８における培養液７３の体積の変化が配管５２を介して第１ピペット２５に伝達される。
【００５７】
例えば、第１ピペット２５により細胞１００の採取操作や固定操作を行う場合には、内部空間６８の培養液７３の体積が大きくなるようにピストン６７及び液体７２が移動する。これにより、内部空間６８が負圧になり、電動ポンプ２９により吸引を行うことができる。また、上述した第２ピペット３５によりインジェクション操作を行う際には、内部空間６８の培養液７３の体積が小さくなるようにピストン６７及び液体７２が移動する。これにより、内部空間６８が陽圧になり、電動ポンプ２９により注入を行うことができる。
【００５８】
モータ６１は、操作端末５１に入力された操作情報に応じて回転する駆動機構である。モータ６１は、操作情報に応じて回転数及び回転方向を変更することができる。モータ６１の出力軸は移動機構６２と連結されており、モータ６１の回転力が移動機構６２に伝達される。モータ６１としてステッピングモータ、サーボモータ、超音波モータ等を用いることができる。
【００５９】
移動機構６２は、ボールねじ６３と、移動部６４とを含むボールねじ機構である。移動機構６２は、モータ６１から伝達された回転駆動力を、シリンジ部６６の軸方向に沿った方向の運動に変換してシリンジ部６６に伝達する駆動伝達部である。
【００６０】
図７及び図８に示すように、ボールねじ６３と、移動部６４とは、筐体７４の内部に組み込まれる。ボールねじ６３は、ピストン６７の軸方向と平行な方向に配置される。ボールねじ６３は、移動部６４を貫通するとともに移動部６４と噛み合う。ボールねじ６３は、筐体７４に回転可能に支持されるとともに、ピストン６７の軸方向と平行な方向に移動しない状態で支持される。ボールねじ６３の一端側は、筐体７４から突出して、モータ６１と連結されている。モータ６１の出力がボールねじ６３に伝達され、ボールねじ６３が回転可能となっている。
【００６１】
移動部６４は、ねじ溝が形成されたねじ孔を有し、このねじ孔とボールねじ６３とが噛み合っている。移動部６４は、ガイドレール７４Ａに沿った方向に移動可能に設けられ、また、ボールねじ６３とともに回転しないようにガイドレール７４Ａに支持される。これにより、移動部６４は、ボールねじ６３の回転とともに軸方向に移動する。また、移動部６４は、ボールねじ６３の回転方向により移動方向が切り替えられる。
【００６２】
移動部６４の上には、連結部６７Ａが設けられており、連結部６７Ａに、シリンジ機構６５のピストン６７が連結されている。ピストン６７は、ボールねじ６３の軸方向に沿った方向に延びており、移動部６４の移動とともに軸方向に移動可能となっている。
【００６３】
以上のような構成により、電動ポンプ２９において、モータ６１の回転駆動がボールねじ６３に伝達されると、ボールねじ６３の回転とともに移動部６４が軸方向に移動し、移動部６４に連結されたピストン６７も軸方向に移動する。このように、モータ６１の回転駆動が、移動機構６２によりシリンジ部６６の軸方向に沿った方向の直線運動に変換されシリンジ部６６に伝達される。ピストン６７の移動により、シリンジ部６６の内部空間６８における培養液７３の体積が変化し、電動ポンプ２９の吸引動作又は注入動作を実現できる。
【００６４】
なお、図６から図８に示した、シリンジ機構６５及び移動機構６２の構成は、あくまで一例であり、適宜変更することができる。例えば、移動機構６２において、ボールねじ６３に換えてすべりねじを用いることもできる。ボールねじ６３を用いた場合、ボールねじ６３のねじ溝は、ボールを介して移動部６４のねじ溝と噛み合うのに対し、すべりねじを用いた場合、ボールねじ６３のねじ溝は、ボールを介さず移動部６４のねじ溝と接触して噛み合う。よって、すべりねじを用いる場合、電動ポンプ２９の製造コストを低減できる可能性がある。
【００６５】
本実施形態の細胞操作用ポンプ装置５０Ａにおいて、操作端末５１に入力された操作情報に基づいてモータ６１が駆動される。図９は、操作端末の一例を示す模式図である。図９に示すように、操作端末５１は、筐体７５と、操作ノブ５１Ｃと、第１表示部５１Ｄと、第２表示部５１Ｅと、ゲイン調整部５１Ｆとを有する。
【００６６】
操作ノブ５１Ｃは、筐体７５に回転可能に取り付けられている。筐体７５の内部には、上述したエンコーダ５１Ａ及び信号変換部５１Ｂ（図５参照）が設けられている。エンコーダ５１Ａは、操作ノブ５１Ｃと対向する位置に設けられ、操作ノブ５１Ｃの操作量を検出する。ここで、操作ノブ５１Ｃの操作量とは、操作ノブ５１Ｃの位置情報であり、操作開始時の操作ノブ５１Ｃの位置を基準位置としたときの、回転変位量を示す。
【００６７】
制御部５３Ａは、信号変換部５１Ｂにより変換された、操作ノブ５１Ｃの操作量に対応する検出信号を受け取る。制御部５３Ａは、エンコーダ５１Ａの、単位時間当たりの位置情報の変化、すなわち、速度情報を算出し、この速度情報に基づいてモータ６１に対する速度指令を制御信号として生成する。ドライバ５４は、速度指令に基づいた駆動信号を電動ポンプ２９のモータ６１に出力する。これにより、モータ６１は、操作ノブ５１Ｃの操作速度に対応する駆動速度で回転駆動する。
【００６８】
あるいは、制御部５３Ａは、エンコーダ５１Ａの検出信号に基づいて、操作ノブ５１Ｃの操作量を算出し、この操作量に基づいてモータ６１に対する駆動量の制御信号を生成する。ドライバ５４は、駆動量の制御信号に基づいた駆動信号を電動ポンプ２９のモータ６１に出力する。これにより、モータ６１は、操作ノブ５１Ｃの操作量に対応する駆動量で回転駆動する。これに限定されず、制御部５３Ａは、ＰＩＤ制御（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ-Ｉｎｔｅｇｒａｌ-Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）により、モータ６１に対する駆動量の制御信号を生成してもよい。
【００６９】
操作ノブ５１Ｃの速度情報又は操作量に対応してモータ６１が駆動され、シリンジ部６６における培養液７３の体積が変更される。このようにして、操作ノブ５１Ｃの操作により電動ポンプ２９の動作を制御することができる。本実施形態によれば、モータ６１の駆動量は、操作ノブ５１Ｃの速度情報又は操作量に対応して決定されるので、電動ポンプ２９の駆動条件の定量化が容易である。
【００７０】
図１０は、細胞操作用ポンプ装置の操作方法の一例を示す説明図である。図１０（Ａ）は、細胞操作用ポンプ装置５０Ａにより吸引駆動を行っている状態を示す説明図であり、図１０（Ｂ）は、細胞操作用ポンプ装置５０Ａによる注入駆動を行っている状態を示す説明図である。
【００７１】
図１０（Ａ）は、操作者が操作ノブ５１Ｃを矢印Ｄ１に示す方向（反時計回り）に回転操作を行う。エンコーダ５１Ａは操作ノブ５１Ｃの操作量に対応する検出信号を信号変換部５１Ｂに出力する。信号変換部５１Ｂは、エンコーダ５１Ａから受け取った検出信号を所定の形式の電気信号に変換し、信号線５７Ａを介してコントローラ５３に出力する。コントローラ５３は、操作ノブ５１Ｃの操作量に対応する信号に基づいて、ドライバ５４から信号線５７Ｂを介して、モータ６１に駆動信号を出力する。
【００７２】
モータ６１は、駆動信号に基づいて回転駆動を行う。移動機構６２は、モータ６１の回転駆動を、軸方向に沿った方向の直線運動に変換する。この場合、移動部６４は、シリンジ機構６５の軸方向に沿った方向において、シリンジ機構６５から離れる方向に移動する。移動部６４の移動とともに、シリンジ機構６５のピストン６７及び液体７２は、シリンジ部６６の内部空間６８における培養液７３の体積が大きくなるように移動し、シリンジ部６６に負圧が発生する。この負圧により配管５２を介して吸引が行われ、配管５２に接続された第１ピペット２５（図１参照）の内部圧力が負圧となり、第１ピペット２５による細胞１００の採取操作又は固定操作を行うことができる。
【００７３】
図１０（Ｂ）は、操作者が操作ノブ５１Ｃを矢印Ｄ２に示す方向（時計回り）に回転操作を行う。エンコーダ５１Ａは操作ノブ５１Ｃの回転方向及び操作量を検出可能であり、図１０（Ａ）に示す状態とは異なる検出信号を出力する。信号変換部５１Ｂは、エンコーダ５１Ａから受け取った検出信号を所定の形式の電気信号に変換し、信号線５７Ａを介してコントローラ５３に出力する。コントローラ５３は、回転方向及び操作量に対応する信号に基づいて、ドライバ５４から信号線５７Ｂを介して、モータ６１に駆動信号を出力する。
【００７４】
モータ６１は、駆動信号に基づいて回転駆動を行う。この場合、移動部６４は、モータ６１の回転駆動に伴って、シリンジ機構６５の軸方向に沿った方向において、シリンジ機構６５に近づく方向に距離Ｄ３だけ移動する。移動部６４の移動とともに、シリンジ機構６５のピストン６７及び液体７２は、シリンジ部６６の内部空間６８における培養液７３の体積が小さくなるように移動し、シリンジ部６６に陽圧が発生する。この陽圧により、内部空間６８における培養液７３の一部が配管５２側に押し出され、配管５２に接続された第２ピペット３５（図１参照）の内部圧力が陽圧となり、第２ピペット３５による細胞１００のインジェクション操作を行うことができる。
【００７５】
本実施形態において、エンコーダ５１Ａとしてインクリメンタル式エンコーダを用いることができる。インクリメンタル式エンコーダは、操作ノブ５１Ｃの所定の基準位置からの相対変位量を検出する検出器である。このため、第１マニピュレータ１４と連動して自動制御（シーケンス制御）を行う際に、操作ノブ５１Ｃの位置情報の算出やリセット操作をコントローラ５３のソフトウェア上で容易に行うことが可能となる。したがって、第１ピペット２５の位置合わせ及び電動ポンプ２９の駆動の全てを自動化することが可能となる。なお、操作ノブ５１Ｃの所定の基準位置とは、電源投入時の操作ノブ５１Ｃの位置とすることができ、あるいは、コントローラ５３によるリセット操作が実行された場合の操作ノブ５１Ｃの位置とすることができる。
【００７６】
なお、エンコーダ５１Ａとして、アブソリュート式エンコーダを用いてもよい。アブソリュート式エンコーダは、設定された原点を基準として操作ノブ５１Ｃの位置情報が検出される。このため、電動ポンプ２９の操作を複数回実行する際に、常にシリンジ機構６５の駆動開始位置を一定にしたい場合に有効である。
【００７７】
操作ノブ５１Ｃの位置情報の検出器として例えば回転式ポテンショメータを用いることも可能である。回転式ポテンショメータは、可動範囲に制約があるのに対し、エンコーダ５１Ａは可動範囲の制約なく使用することが可能である。また、回転式ポテンショメータは、アナログ信号が出力されるので、例えば、電源起動時にポテンショメータが原点位置とずれている場合、電源投入と同時に信号が出力され、電動ポンプ２９が駆動する可能性がある。エンコーダ５１Ａを用いた場合、電源起動時には信号が出力されない（出力信号の数値情報がゼロである）ため、操作者の意図しない動作を抑制することができる。
【００７８】
本実施形態において、操作ノブ５１Ｃの位置情報が、エンコーダ５１Ａにより検出され、電気信号として信号線５７Ａを介してコントローラ５３に供給される。また、コントローラ５３は、操作ノブ５１Ｃの位置情報（速度情報又は操作量）に基づいて制御信号を生成し、ドライバ５４からの駆動信号が信号線５７Ｂを介して電動ポンプ２９に供給される。このため、細胞操作用ポンプ装置５０Ａは、機械式（油圧式）のポンプ装置に比べて良好な応答性を有し、信号線５７Ａ、５７Ｂを長くした場合であっても応答性の低下を抑制することができる。
【００７９】
信号線５７Ａ、５７Ｂを長くすることで、操作端末５１を設置する場所の制約が少なくなるので、顕微鏡ユニット１２、試料ステージ２２、第１マニピュレータ１４（図１参照）等と離れた位置で操作端末５１を操作することができる。これにより、操作者に起因する振動に注意を払いながら操作する必要がなくなり、作業負担の軽減につながる。したがって、本実施形態の細胞操作用ポンプ装置５０Ａによれば、効率よくかつ好適に細胞１００に対する操作を行うことができる。
【００８０】
なお、本実施形態において、操作者が操作を行うための操作入力部として、回転操作可能な操作ノブ５１Ｃを示したが、これに限られない。例えば、ジョイスティック等のハンドルを傾けて入力操作を行うものでもよく、操作ノブをスライド移動させて入力操作を行うものであってもよい。また、エンコーダ５１Ａは操作入力部の入力形式に合わせた検出方式にすることができる。例えばエンコーダ５１Ａとして、リニアエンコーダを用いてもよい。
【００８１】
図９に示す第１表示部５１Ｄには、モータ６１の駆動速度が表示される。電動ポンプ２９は、モータ６１の駆動速度に対応する信号をコントローラ５３に出力し、コントローラ５３は、モータ６１の駆動速度を第１表示部５１Ｄに表示させる。
【００８２】
また、第２表示部５１Ｅには、操作ノブ５１Ｃの速度情報又は操作量がインジケータで表示される。例えば、第２表示部５１Ｅにおいて、操作ノブ５１Ｃの速度情報又は操作量が大きくなるにしたがって、点灯されるバーの数が多くなるように表示される。図９に示す例では、操作ノブ５１Ｃの速度情報又は操作量が大きくなるにしたがって、点灯されるバーの面積（長さ）が大きくなるように表示される。
【００８３】
これにより、操作者は、第１表示部５１Ｄと第２表示部５１Ｅの表示を確認しつつ細胞操作用ポンプ装置５０Ａの操作を行うことができ、作業に応じた操作ノブ５１Ｃの操作状況及び電動ポンプ２９の駆動状況を定量的に把握することができる。なお、第２表示部５１Ｅは、インジケータによる表示に限定されず、操作ノブ５１Ｃの速度情報又は操作量を、数値情報として表示してもよい。
【００８４】
コントローラ５３の記憶部５３Ｂ（図５参照）は、操作開始から操作終了までの期間における、操作ノブ５１Ｃの操作量と時間との関係を記憶することができる。記憶部５３Ｂは、過去の複数回の操作について、操作ノブ５１Ｃの操作量と時間との関係の履歴を記憶することができる。例えば、コントローラ５３は、第２表示部５１Ｅに、今回行っている操作ノブ５１Ｃの操作量と時間との関係をグラフ化して表示するとともに、過去の履歴から、熟練操作者の操作ノブ５１Ｃの操作量と時間との関係をグラフ化して比較表示することができる。こうすれば、熟練操作者の操作方法との違いを定量化して把握することが容易であり、非熟練操作者のトレーニング効率を向上させることができる。よって、複数の操作者の操作方法の差異を低減して、操作者の熟練度、技術によらず、同じような操作を実現することができる。
【００８５】
コントローラ５３の記憶部５３Ｂは、所定の操作を行うための設定プログラムを記憶することができる。この設定プログラムは、エンコーダ５１Ａにより検出された操作ノブ５１Ｃの位置に関する信号と、電動ポンプ２９の駆動条件との関係を定めた所定のパラメータを含む。具体的には、設定プログラムは、操作ノブ５１Ｃの操作量と電動ポンプ２９の駆動量（モータ６１の駆動量）との関係を定めたパラメータを含む。また、設定プログラムは、操作ノブ５１Ｃの操作タイミングと電動ポンプ２９の駆動開始のタイミングのタイムラグを定めたパラメータを含んでいてもよい。さらに、設定プログラムは、操作ノブ５１Ｃの操作量及び操作タイミングと、電動ポンプ２９の立ち上がり速度等の関係を定めたパラメータや、電動ポンプ２９を駆動するモータ６１の制御ゲインや、上述したＰＩＤ制御を行う場合における制御パラメータ等を含んでいてもよい。
【００８６】
例えば、機械式（油圧式）のポンプ操作を再現する設定プログラムをあらかじめ記憶させておくことで、機械式（油圧式）のポンプ操作を電動ポンプ２９により再現することができる。これにより、機械式（油圧式）のポンプ操作に慣れ親しんだ操作者であっても、電動ポンプ２９の操作の違和感を低減して、確実に、かつ快適に、細胞操作用ポンプ装置５０Ａの操作を行うことができる。
【００８７】
図９に示す、ゲイン調整部５１Ｆは、操作ノブ５１Ｃの操作量と、モータ６１の駆動量との比率（ゲイン）を変更するための調整部である。制御部５３Ａは、ゲイン調整部５１Ｆのゲインに基づいて、モータ６１の駆動量を決定する制御信号をドライバ５４に出力する。
【００８８】
図１１は、操作ノブの操作量とモータの駆動量との関係を示すグラフである。図１１は、横軸が操作ノブ５１Ｃの回転数を示し、縦軸がモータ６１の回転数を示す。実線Ｌ１は、操作ノブ５１Ｃの操作量とモータ６１の駆動量との比率が１０：１の場合を示し、操作者が操作ノブ５１Ｃを１０回転操作すると、モータ６１が１回転駆動する。操作者がゲイン調整部５１Ｆを操作してゲインを変更し、操作ノブ５１Ｃの操作量とモータ６１の駆動量との比率を２０：１とした場合（実線Ｌ２参照）、操作者が操作ノブ５１Ｃを２０回転操作すると、モータ６１が１回転駆動する。
【００８９】
このように、本実施形態では、電動ポンプ２９を電動駆動する構成であり、モータ６１の駆動量の分解能を高めることが容易である。よって、機械式（油圧式）に比べて分解能を高めて、シリンジ部６６の内部圧力の調整を精度よく行うことができる。また、上述のように操作端末５１の配置の制約が少ないので、操作者は、電動ポンプ２９から離れた位置で操作端末５１のゲイン調整部５１Ｆを操作してモータ６１の駆動量の分解能を変更できる。よって、効率よく、かつ精度よく細胞１００に対する操作を行うことができる。
【００９０】
以上説明したように、本実施形態の細胞操作用ポンプ装置５０Ａは、内部圧力により細胞１００（微小対象物）を操作するための第１ピペット２５（操作手段）に接続される細胞操作用ポンプ装置５０Ａであって、内部に液体を含有するシリンジ部６６と、回転駆動によりシリンジ部６６の内部圧力の調整を行うためのモータ６１とを含む電動ポンプ２９と、電動ポンプ２９に対する入力操作を行うための操作ノブ５１Ｃ（操作入力部）と、操作ノブ５１Ｃの位置の変化を検出するエンコーダ５１Ａとを含む操作端末５１と、エンコーダ５１Ａからの操作ノブ５１Ｃの位置に関する信号に基づいて、モータ６１に対する制御信号を出力するコントローラ５３と、有する。
【００９１】
これによれば、操作ノブ５１Ｃに対する操作をエンコーダ５１Ａにより検出し、操作ノブ５１Ｃの位置に関する信号に基づいて電動ポンプ２９が電動駆動されるので、駆動条件を定量化して細胞操作用ポンプ装置５０Ａの操作を行うことが可能である。したがって、操作者の熟練度、技術の差を軽減することができ、効率よくかつ好適に細胞１００に対する操作を行うことができる。また、操作端末５１は操作ノブ５１Ｃの位置に関する信号をコントローラ５３に出力するので、機械式（油圧式）等のポンプに比べて電動ポンプ２９は良好な応答性を有する。このため、操作端末５１と電動ポンプ２９とを接続する信号線５７Ａ、５７Ｂの制約が小さくなり、操作端末５１を設置する場所の制約が少なくなる。
【００９２】
本実施形態の細胞操作用ポンプ装置５０Ａにおいて、コントローラ５３は、エンコーダ５１Ａからの操作ノブ５１Ｃの位置に関する信号に基づいて、操作ノブ５１Ｃの単位時間当たりの位置の変化を算出する。これによれば、操作ノブ５１Ｃの速度情報と対応してモータ６１の駆動量が決定されるので、容易に駆動条件を定量化することが可能である。
【００９３】
本実施形態の細胞操作用ポンプ装置５０Ａにおいて、コントローラ５３は、エンコーダ５１Ａからの操作ノブ５１Ｃの位置に関する信号に基づいて、操作ノブ５１Ｃの操作量を算出する。これによれば、操作ノブ５１Ｃの操作量、すなわち、操作ノブ５１Ｃの位置の変化量と対応してモータ６１の駆動量が決定されるので、容易に駆動条件を定量化することが可能である。
【００９４】
本実施形態の細胞操作用ポンプ装置５０Ａにおいて、電動ポンプ２９は、モータ６１の回転駆動を、シリンジ部６６の軸方向に沿った方向の運動に変換してシリンジ部６６に伝達する移動機構６２（駆動伝達部）を含む。これによれば、移動機構６２により、モータ６１の回転駆動が、軸方向に沿った方向の直線運動に変換されるので、電動ポンプ２９のシリンジ部６６の液体に対し軸方向に圧力を加えてシリンジ部６６の内部圧力を変化させることができる。
【００９５】
本実施形態の細胞操作用ポンプ装置５０Ａにおいて、コントローラ５３は、操作ノブ５１Ｃに対する操作開始から操作終了までの期間における、操作ノブ５１Ｃの位置と時間との関係を記憶する記憶部５３Ｂを含む。これによれば、過去の操作方法の履歴と、今回の操作方法の履歴とを比較することで、操作者の熟練度、技術によらず同じような操作を実現することが容易である。
【００９６】
本実施形態の細胞操作用ポンプ装置５０Ａにおいて、記憶部５３Ｂは、操作ノブ５１Ｃの位置に関する信号と、電動ポンプ２９の駆動条件との関係を定めた所定のパラメータを記憶する。これによれば、例えば、操作ノブ５１Ｃの操作量と電動ポンプ２９の駆動量や、操作ノブ５１Ｃの操作タイミングと電動ポンプ２９の駆動開始のタイミングとの間隔を定めることができ、より好適に細胞１００に対する操作を実現することができる。
【００９７】
本実施形態の細胞操作用ポンプ装置５０Ａにおいて、操作端末５１は、操作ノブ５１Ｃの操作量又は操作速度を表示する第２表示部５１Ｅを有する。これによれば、操作者は、第２表示部５１Ｅを視認して作業状況を確認しつつ操作ノブ５１Ｃの操作を行うことができるので、状況に合わせて適切な操作を行うことができる。
【００９８】
本実施形態の細胞操作用ポンプ装置５０Ａにおいて、第２表示部５１Ｅは、操作ノブ５１Ｃに対する操作開始から操作終了までの期間における、操作ノブ５１Ｃの位置と、時間との関係を示すグラフを、過去の操作ノブ５１Ｃの位置と、時間との関係を示すグラフと対応づけて表示させる。これによれば、熟練操作者と、非熟練操作者との操作を比較して表示することができ、不慣れな操作者のトレーニング効率が向上する。
【００９９】
本実施形態の細胞操作用ポンプ装置５０Ａにおいて、操作端末５１は、操作ノブ５１Ｃの位置に関する信号を電動ポンプ２９に対する制御信号に変換する際のゲイン量を調整するためのゲイン調整部５１Ｆを有する。これによれば、操作ノブ５１Ｃの操作量と、モータ６１の駆動量との関係を適切に変更することができ、モータ６１の駆動の分解能を高めることが可能である。
【０１００】
本実施形態の細胞操作用ポンプ装置５０Ａにおいて、操作端末５１は、制御信号を供給するための信号線５７Ｂを介して電動ポンプ２９と接続されている。これによれば、信号線５７Ｂを長くした場合であっても、電動ポンプ２９は良好な応答性を有するので、操作端末５１を設置する場所の制約が少なくなる。
【０１０１】
本実施形態のマニピュレーションシステム１０において、細胞操作用ポンプ装置５０Ａと、細胞１００が載置される試料ステージ２２と、細胞１００を操作するための第１ピペット２５（操作手段）を備える第１マニピュレータ１４と、試料ステージ２２及び第１ピペット２５を制御するコントローラ４３（制御部４６Ａ）とを備える。
【０１０２】
これによれば、細胞操作用ポンプ装置５０Ａにより第１ピペット２５の内部圧力を変化させて、細胞１００の操作を行うことができる。また、操作端末５１を設置する場所の制約が少なくなるので、試料ステージ２２や第１マニピュレータ１４と離れた位置で操作することができる。このため、操作者に起因する振動に注意を払いながら操作する必要がなくなり、作業負担の軽減につながる。したがって、操作者の熟練度、技術の差を軽減することができ、効率よくかつ好適に細胞１００に対する操作を行うことができる。
【０１０３】
以上、本実施形態の細胞操作用ポンプ装置５０Ａ及びマニピュレーションシステム１０を説明したが、前述した内容により本実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  マニピュレーションシステム
１２  顕微鏡ユニット
１４  第１マニピュレータ
１６  第２マニピュレータ
２４  第１ピペット保持部材
２５  第１ピペット
２９  電動ポンプ
３４  第２ピペット保持部材
３５  第２ピペット
４３  コントローラ
４６Ａ  制御部
４６Ｂ  記憶部
５０Ａ、５０Ｂ  細胞操作用ポンプ装置
５１  操作端末
５１Ａ  エンコーダ
５１Ｂ  信号変換部
５１Ｃ  操作ノブ
５１Ｄ  第１表示部
５１Ｅ  第２表示部
５１Ｆ  ゲイン調整部
５３  コントローラ
５４  ドライバ
５７Ａ、５７Ｂ  信号線
６１  モータ
６２  移動機構
６３  ボールねじ
６４  移動部
６５  シリンジ機構
６６  シリンジ部
６７  ピストン
６８  内部空間
７４、７５  筐体
１００  細胞
【図１】
2018032002.tif 000003
【図２】
2018032002.tif 000004
【図３】
2018032002.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2018032002.tif 000008
【図７】
2018032002.tif 000009
【図８】
2018032002.tif 000010
【図９】
2018032002.tif 000011
【図１０】
2018032002.tif 000012
【図１１】
2018032002.tif 000013