(57)【要約】【課題】微少かつ表面が壊れやすい卵細胞等を熟練を要することなく確実に吸引保持し、目的とする場所に移動させることができる微少物体吸引保持装置を提供すること。【解決手段】先端に１３０ミクロン程度の開口を有し、多端に大口径封止部を有し、該封止部近傍に配置された加熱部を備えたガラスピペット管と、前記加熱部を加熱する電源部を備え、予め前記加熱部に所定時間通電して加熱することにより、前記ガラスピペット管内の内部空気を膨張させ、前記先端に正圧を発生させ、その状態で、前記先端に人間、動物等の卵細胞を密着させた後、前記通電を切断することにより、前記ガラスピペット管を冷却状態にし、内部空気を縮小させて、前記先端に負圧を発生させて、前記卵細胞等を吸引保持させるようにした。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に１３０ミクロン程度の開口を有し、他端に大口径封止部を有し、該封止部近傍に配置された加熱部を備えたガラスピペット管と、前記加熱部を加熱する電源部を備え、予め前記加熱部に所定時間通電して加熱することにより、前記ガラスピペット管内の内部空気を膨張させ、前記先端に正圧を発生させ、その状態で、前記先端に人間、動物等の卵細胞またはマイクロカプセルを密着させた後、前記通電を切断することにより、前記ガラスピペット管を冷却状態にし、内部空気を縮小させて、前記先端に負圧を発生させて、前記卵細胞またはマイクロカプセルを吸引保持させるようにしたことを特徴とする微少物体吸引保持装置。
【請求項２】
前記ガラスピペット管は、Ｔ字状に形成され、その分岐封止端に前記加熱部が形成されたことを特徴とする前記請求項１に記載の微少物体吸引保持装置。
【請求項３】
前記ガラスピペット管は、Ｔ字状に形成され、その直状端に卵細胞表面の堅さ測定用の超音波発信器および／または内部攪拌用超音波振動子が配置されたことを特徴とする前記請求項２に記載の微少物体吸引保持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、実験室等で使用され、微少物体を顕微鏡プレパラート上に載置するのに使用する改良型の液圧マイクロマニュピレータないしはマイクロインジェクタとして利用する微少物体吸引保持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、実験室等において、人間、動物等の卵細胞その他の直径約１００〜２００ミクロン、重さ０．５〜４マイクログラム程度の大きさの微少物体を顕微鏡観察するためには、これらの微少物体を所定の保存場所から取り上げ、顕微鏡で観察できる所定の場所に設置しなければならない。
ところが、人間や動物等のこの種の卵細胞を顕微鏡等で観察できる場所に載置する場合には、この種の卵細胞等は、微少物体であることに加え、その表面は柔らかく些細な外力によって、その表面が簡単に破壊されてしまうので、移動する際には、特殊な器具・装置を用いて、慎重に吸引保持移動が行われる。そこで、通常、この種の卵細胞の移動には、液圧マイクロマニュピレータないしはマイクロインジェクタと称する治具を用いて、これらの卵細胞を吸引保持し、必要な場所に載置する作業が行われる。
【０００３】
図４は、このような従来から使用されている微少物体の吸引保持移動に使用されるマイクロインジェクタの概略を示す図であり、図中、１０１は、卵細胞等を吸飲保持するピペット管であり、先端に微少開口を有し、内部に所定の液体（オイル）で充満され、このピペット管１０１は、所定の液体（流動パラフィン）を充満させた状態でフレキシブルチューブ１０３および本体１０４に接続された構成からなる。そして、このようなピペット管１０１および金属チューブ１０２は、マイクロインジェクタ本体１０４に接続され、当該マイクロインジェクタ本体１０４は、ダイヤル式インジェクタ１０５から構成され、ダイヤル１０６を左右に回動することにより、内部に封入された液体（例えば、流動パラフィン等）の微少量を吸引または排出できるように構成されている。
【０００４】
したがって、前記ピペット管１０１の先端に、例えば、直径約１００〜２００ミクロンの卵細胞を吸引保持しようとするときには、当該ピペット管１０１の先端開口まで液体で満たし、その状態で卵細胞に密着させ、前記ダイヤル１０６を回動させて、ピペット管１０１先端開口に負圧をかけると、その負圧力によって、微少な卵細胞は、ピペット管先端開口に吸引保持される。そして、吸引保持した状態で、顕微鏡観察領域等に移動する。
顕微鏡観察領域に移動したら、今度は、前記ダイヤル１０６を逆に回動し、前記ピペット管先端開口に正圧をかけ、前記卵細胞をピペット管先端開口から押しだし、密着を切り離すようにする。そして、切り離された卵細胞を顕微鏡観察領域に載置して、卵細胞観察を行うのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして、微少で、かつ、表面が破壊されやすい卵細胞を顕微鏡観察領域に移動させるのであるが、前記マイクロインジェクタの操作、特に、前記ダイヤル１０６の操作は、微少なものの吸引や排出を行うように構成されているのであるが、それでも、ダイヤルの回転させすぎ等によって、柔らかな細胞表面を、負圧で破いてしまうことがあり、当該マイクロインジェクタの操作にはそれなりの熟練を要していた。そして、熟練した者であっても、何かの拍子に前記ダイヤル１０６の回動させ過ぎが生じ、同様の卵細胞表面破壊を引き起こすことがあった。また、これらの装置は総じて内部封入液体であるオイルを使用するので、装置のみならず、その操作保守等に煩雑であるという欠点がある。
また、従来の装置では、オイルを満たし、手元のダイヤルからガラス管へ陽圧・引圧を伝えるチューブが長かったために、何かの拍子にチューブに接触してしまうと引圧を解放してしまい卵細胞が離れるという問題点があった。
そこで、本願発明は、微少かつ表面が壊れやすい卵細胞等を熟練を要することなく確実に吸引保持し、目的とする場所に移動させることができる微少物体吸引保持装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的に鑑み、本願請求項１に係る微少物体吸引保持装置は、先端に１３０ミクロン程度の開口を有し、多端に大口径封止部を有し、該封止部近傍に配置された加熱部を備えたガラスピペット管と、前記加熱部を加熱する電源部を備え、予め前記加熱部に所定時間通電して加熱することにより、前記ガラスピペット管内の内部空気を膨張させ、前記先端に正圧を発生させ、その状態で、前記先端に人間、動物等の卵細胞またはマイクロカプセルを密着させた後、前記通電を切断することにより、前記ガラスピペット管を冷却状態にし、内部空気を縮小させて、前記先端に負圧を発生させて、前記卵細胞またはマイクロカプセルを吸引保持させるようにしたことを特徴とする。
また、本願請求項２に係る微少物体吸引保持装置は、前記請求項１に係る微少物体吸引保持装置において、前記ガラスピペット管は、Ｔ字状に形成され、その分岐封止端に前記加熱部が形成されたことを特徴とする。
さらに、本願請求項３に係る微少物体吸引保持装置は、前記請求項２に係る微少物体吸引保持装置において、前記ガラスピペット管は、Ｔ字状に形成され、その直状端に卵細胞表面の堅さ測定用の超音波発信器および／または内部攪拌用超音波振動子が配置されたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本願発明を好ましい実施の形態に基づいて説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本願発明の第１の実施の形態に係る微少物体吸引保持装置の概略を示す概略図である。
図中、１は、微少物体吸引保持装置本体を示し、２は、先端が細く開口される吸引用ガラスピペット管（ガラス管）であり、その先端に続いて径０．５ミリの口径太部分を有する。また、符号３は、この口径太部分に所定回コイル状に巻回された加熱用ニクロム線である。さらに、４は、スイッチ、５は、直流電源、６は、サーボコントローラ、７は、サーボ機構である。このサーボコントローラ６およびサーボ機構７は、微少移動を精密に行うための装置であり、操作者の前記サーボコントローラ６の三方向の回転コントローラを回動することにより、前記サーボ機構７に支障された前記ガラスピペット管２を左右、前後ないしは上下の三次元移動を精密に行わせしめることが可能なものである。このサーボコントローラ６およびサーボ機構７は、当該微少物体吸引保持装置固有のものではないけれども、本願発明に係る微少物体吸引保持装置は、微少移動を精密に行う必要があることから不可欠のものである。
【０００８】
本願発明に係る微少物体吸引保持装置は、これらのサーボコントローラ６およびサーボ機構７を利用し、さらに、そこに支障される前記ガラスピペット管２の内部空気を加熱することにより膨張・縮小させ、この空気の膨張・縮小作用を利用して、ガラスピペット管２の先端に卵細胞等微少物体を吸引保持し、あるいは、解放するものである。
【０００９】
図２に中空ガラスピペット管２および根本の口径太部分に巻回されたニクロム線構造の概略を示す。図２は、中空ガラスピペット管２および根本の口径太部分に巻回されたニクロム線構造の概略図である。前述するように、図中の符号２は、先端が１３０ミクロン口径で開口される吸引用ガラスピペット管（ガラス管）であり、本実施の形態においては、当該ガラスピペット管２には、Ｎａｒｉｓｈｉｇｅ社製Ｇ−１のガラス管を使用し、前記最細部分に続いて、これに連なって径０．５ミリの口径太部分を有し、長さは４０ｍｍである。また、符号３は、この口径太部分に所定回コイル状に巻回された加熱用ニクロム線であり、このニクロム線の抵抗は全体として２５Ωの抵抗値を有する。８は、電流調節用可変抵抗であり、本実施の形態においては、１００Ωの可変抵抗を使用している。また、９は、スイッチ、１０は、直流電源である。
【００１０】
本実施の形態に係る加熱用ニクロム線３が巻回されたガラスピペット管２で卵細胞等を吸引・保持し、さらに、解放する仕組みは、次の概略による。すなわち、上述の組合せによる電気構成により、前記直流電源１０より、直流１０Ｖを約１秒間与えることで卵細胞を吸引することができる。この際に流れる電流を測定したところ０．２Ａであった。したがって、その熱量は、Ｑ　１＝　０．２４×ｉ×Ｅ×ｔ　＝０．２４×０．２×１０×１　＝０．４８ｃａｌの熱量供給が行われていることとなる。その時、先端細管部で約１ｍｍの空気膨張が観察されたので、この熱量供給による前記ガラスピペット管２内の空気の膨張を計算すると、ガラスピペット管２の先端径は１３０マイクロメートルであり、その間の空気が、前記熱量供給により、約１ｍｍ膨張する。
【００１１】
すなわち、この細管部分の体積変化を無視すると、当該ガラスピペット管２内の空気の総体積Ｖは、Ｖ　＝０．５×０．５×３．１４×４０　＝３１．４ｍｍ３であり、その総体積が、前記０．４８ｃａｌの熱量により、その膨張体積ΔＶ　＝０．１３×０．１３×３．１４×１　＝０．０５３　ｍｍ３だけ増量され、このΔＶが、細管容積を押し出し、その押し出し量の加圧により、または、電源がオフ状態になって前記ガラスピペット管２の口径太部分が冷却されて、この部分の空気が縮小したときの減圧により、細管先端に微少卵細胞を解放し、あるいは、吸引・保持することとなる。
【００１２】
ちなみに、前記ガラスピペット管２内の空気は、前記　Ｖ０．２Ａを１秒間印加することにより、この部分の温度は、０．５℃の温度上昇をしたこととなり、これにより、Ｑ２　＝　０．２４×１．２０５×１０−６×３１．４×０．５　＝０．４５×１０−５　ｃａｌ（Ｑ　＝　比熱×重さ×温度変化）の熱量が発生したこととなる。この場合の熱の伝達効率は、Ｑ２　／　Ｑ１×１００　＝　０．０００９５　％となる。また、空気比熱を０．２４ｋｃａｌ／ｋｇ・℃、空気の密度を１．２０５ｋｇ／ｍ３　（２０℃・大気圧）として計算した。
【００１３】
このように、上記のような１３０ミクロン口径の先端細管からなるガラスピペット管２の口径太部分に配置されたニクロム線（２５Ω）に直流１０Ｖ×０．２Ａの電流を約１秒間与えることで、内部の空気を膨張させ、その後、印加を切断することにより、当該部分の空気が冷却され、それによって、前記ガラスピペット管２の先端に密着された人間、動物等の卵細胞やマイクロカプセル等の微少物体を、その表面を損傷することなく、所定時間吸引しつつ移動することができ、その後、さらに、電源を再投入することにより、内部空気を再び膨張させ、空気の膨張により、前記ガラスピペット管２に先端に欧圧力を生じさせ、吸引・保持していた卵細胞表面を解放し、その場所に、卵細胞を配置することが可能であった。
【００１４】
〔第２の実施の形態〕
上記は、第１の実施の形態として、前記ガラスピペット管２を直状のものを用いたが、これは、図３に示すように、Ｔ字形のガラスピペット管を用い、直状分岐部に配置した加熱部分の外に、直状底部に超音波発信器を設け、この超音波発信器から発した超音波によって、先端に吸引した卵細胞等の表面の堅さ等を測定する触覚センサーを配置できるようにしたものである。
【００１５】
図３は、Ｔ字型ガラスピペット管を用い、直状底部に触覚センサー用の超音波発信器を配置した第２の実施の形態のガラスピペット管および巻回ニクロム線部の概略を示す図であり、前記第１の実施の形態に示したものの同一部分は同一符号を用いて示す。図中、２および３は、それぞれガラスピペット管およびコイル状ニクロム線であるが、本実施の形態では、ガラスピペット管２自体が、図３に示すように、Ｔ字形に形成され、一方が閉止された分岐端にニクロム線が巻回され、この部分を加熱できるように構成したものであり、また、Ｔ字形ガラスピペット管２の直状端には、触覚センサーを構成する超音波発信器１１を配置して封止したものである。なお、図中、符号１２は、発信器を設置する封止装置である。
【００１６】
本実施の形態においては、使用されるガラスピペット管２は、Ｔ字状に３つの端部を有するが、内部は中空に連結されており、前記第１の実施の形態と同様に、Ｔ字形の分岐端が加熱されると、その加熱によって内部の空気が膨張し、膨張力により内部の空気が前記ガラスピペット管２の先端より押し出され、内部の空気が押し出された状態で、その先端を卵細胞等に密着させておき、その状態で、前記ニクロム線への通電を終了させると、加熱が終了し、自然冷却により、内部の空気が縮小し、前記ガラスピペット管の先端に負圧が生じ、その負圧によって、先端に卵細胞等が吸引・保持される。そして、卵細胞等を吸引・保持した状態で、必要とする場所、例えば、顕微鏡観察領域に移動させた後に、再度、ニクロム線へ通電することにより、その部分を加熱し、内部空気を膨張させ、それによって、ガラスピペット管２の先端に正圧を生じさせ、卵細胞等を先端から解放する。
【００１７】
この第２の実施の形態に係る微少物体吸引保持装置では、吸引・保持したまま、その卵細胞等の表面の堅さを計測することができるので、別途の硬度計測装置等に配置することなく表面硬度を計測でき、また、前述するように、移動の際に表面を破壊するおそれもない。さらに、操作性、保守性等は、従来のオイルを使用する補足装置より軽減され、各段に操作性、保守性が向上し、実験作業能率が向上する。
また、上記第２の実施の形態においては、Ｔ字形のガラスピペット管の直状底部に卵細胞等の表面の堅さ等を測定する触覚センサー用超音波発信器を配置したが、この触覚センサー用超音波発信器に代え、または、この触覚センサー用超音波発信器と共に、ガラスピペット管先端のマイクロカプセルの内部をかく乱する内部攪拌用超音波振動子を配置するようにしてもよい。マイクロカプセルの内部をかく乱する内部攪拌用超音波振動子を配置することによって、例えば、単一細胞内から取り出した細胞内物質等、非常に微量な物質に対して攪拌を行うことができるので、化学反応を誘起させる必要があるときなどに、特に有用となるものである。
【００１８】
【発明の効果】
本願発明に係る微少物体吸引保持装置は、先端に１３０ミクロン程度の開口を有し、多端に大口径封止部を有し、該封止部近傍に配置された加熱部を備えたガラスピペット管と、前記加熱部を加熱する電源部を備え、予め前記加熱部に所定時間通電して加熱することにより、前記ガラスピペット管内の内部空気を膨張させ、前記先端に正圧を発生させ、その状態で、前記先端に人間、動物等の卵細胞を密着させた後、前記通電を切断することにより、前記ガラスピペット管を冷却状態にし、内部空気を縮小させて、前記先端に負圧を発生させて、前記卵細胞等を吸引保持させるようにしたので、油圧等を利用する従来装置に比し、油圧調整等の必要がなく、その分装置を簡易に構成でき、さらに、その操作、保守等を簡易に行うことができるという効果がある。
さらに、本装置を用いることにより、長いチューブに接触して、何かの拍子に引圧を解放してしまい卵細胞が離れるという問題点が解決され、作業の効率化が望まれる。
【００１９】
さらに、ガラスピペット管の内容積と先端開口および加熱熱量のみに基づいて、先端開口の正圧、負圧の調整が可能であるので、吸引保持する微少物体の表面の堅さに応じて、これらを容易に調整することができ、拡張性の高い装置とすることができるという優れた効果を有する。
また、第２の実施の形態に示したようなＴ字形のガラスピペット管を使用することにより、加熱部を当該ピペット管の直状端に設けないようにして、この直状端に触覚センサ用の超音波発信器やその他のセンサ手段を設けることによって、極めて容易に、先端に吸引保持しながら、その表面堅さ等を計測でき、または、内部攪乱を行うことができ、いわば、硬度計機能を兼ね備えた微少物体吸引保持装置とすることができるという優れた効果を有する。
さらに、卵細胞等を吸引・保持したまま、内部攪乱用超音波振動子からガラス管（ガラス管内ではなく）に超音波を照射することにより、先端の卵細胞またはマイクロカプセル内を攪乱することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本願発明の第１の実施の形態に係る微少物体吸引保持装置の概略を示す概略図、
【図２】図２は、中空ガラスピペット管２および根本の口径太部分に巻回されたニクロム線構造の概略図、
【図３】図３は、Ｔ字型ガラスピペット管を用い、直状底部に触覚センサー用の超音波発信器を配置した第２の実施の形態のガラスピペット管および巻回ニクロム線部の概略を示す図、
【図４】図４は、このような従来から使用されている微少物体の吸引保持移動に使用されるマイクロインジェクタの概略を示す図である。
【符号の説明】
１・・・微少物体吸引保持装置本体
２・・・吸引用ガラスピペット管
３・・・加熱用ニクロム線
４・・・スイッチ
５・・・直流電源
６・・・サーボコントローラ
７・・・サーボ機構
８・・・電流調節用可変抵抗
９・・・スイッチ
１０・・・直流電源
１１・・・超音波発信器
１２・・・封止装置
１０１・・・ピペット管
１０２・・・金属チューブ
１０３・・・フレキシブルチューブ
１０４・・・マイクロインジェクタ本体
１０５・・・ダイヤル式インジェクタ
１０６・・・ダイヤル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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