(57)【要約】【課題】微小な対象物に対して容易かつ確実に操作を行うことができる新規のマイクロマニピュレーション用ツールを提供する。【解決手段】マイクロマニピュレーション用ツール１０は、支持部１１と、この支持部１１に取り付けられた管状部材１２と、この管状部材１２の先端に装着された筒状部材１３とを有する。管状部材１２にはその延長方向に伸びる軸孔１２ａが設けられ、この軸孔１２ａは管状部材１２の先端の開口部１２ｂにて開口している。筒状部材１３は、管状部材１２の先端に装着されている。筒状部材１３は、少なくとも先端側部分が実質的に光を透過可能な素材で構成されている。筒状部材１３は、管状部材１２の先端から、その先端側部分が突出する状態で装着されている。すなわち、筒状部材１３の先端側部分は、管状部材１２の先端を取り巻くように突出した状態に配置されている。【選択図】　　　　　図１
2004034249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に開口を備えた軸孔を有する管状部と、該管状部の先端における前記開口の外周側から突出する突出部とを有することを特徴とするマイクロマニピュレーション用ツール。
【請求項２】
前記突出部は、前記開口を取り巻くように筒状に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロマニピュレーション用ツール。
【請求項３】
前記突出部は、実質的に光を透過可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマイクロマニピュレーション用ツール。
【請求項４】
前記管状部は管状部材により構成され、前記突出部は、前記管状部材の先端に外嵌された、少なくとも先端側部分において実質的に光を透過可能な筒状部材によって構成され、該筒状部材は、前記管状部材の先端から前記先端側部分が突出した状態となるように前記管状部材に装着されていることを特徴とする請求項２に記載のマイクロマニピュレーション用ツール。
【請求項５】
先端が開放された筒状体を有し、該筒状体の先端には筒壁に複数の切り込みが形成されることにより、先端が複数に分割されていることを特徴とするマイクロマニピュレーション用ツール。
【請求項６】
前記筒状体の内部に、先端に開口を備えた軸孔を有する管状部が進退可能に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のマイクロマニピュレーション用ツール。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のマイクロマニピュレーション用ツールを具備することを特徴とするマイクロマニピュレータ。
【請求項８】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項又は請求項６に記載のマイクロマニピュレーション用ツールと、前記管状部の前記軸孔を通して吸引作用をなすための吸引手段とを具備することを特徴とするマイクロマニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロマニピュレーション用ツール及びこれを備えたマイクロマニピュレータに係り、特に、生体への物質の導入、生体の一部分の除去若しくは採取等に用いるマイクロマニピュレーション用ツールに好適なツール先端部の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、微小な対象に対して種々の操作を行うためのマイクロマニピュレーション技術が特に生物学的組織に対する操作手法として用いられている。例えば、ツールとしてマイクロピペット（注射針）を用いて生体内に細胞や薬剤を導入したり、細胞内にＤＮＡやＲＮＡその他の物質を導入したりするマイクロインジェクションや、生体から細胞を採取したり、細胞内からＤＮＡやＲＮＡその他の物質を採取したりするマイクロダイセクションなどが知られている。
【０００３】
上記のマイクロマニピュレーション技術において微小な対象物にアクセスするためのマイクロマニピュレーション用ツールとしては、上述のマイクロピペットや箸状の二本指ツールなどが用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のマイクロマニピュレーション用ツールを用いる場合において、微小な対象物を操作する必要があるために操作が非常に困難であり、操作に熟練を要するという問題点がある。
【０００５】
特に、細胞などの微小な対象物を所定部位へ導入したり、所定部位から採取したりする際には、微小な対象物を把持した状態で移動させなければならない場合があるが、適度な把持力で微小な対象物を把持し続けることはきわめて難しいため、微小な対象物に過剰な把持力を加えて損傷させてしまったり、微小な対象物が移動途中で離反してしまったりする恐れがあり、作業に神経をすり減らすことが多い。
【０００６】
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、微小な対象物に対して容易かつ確実に操作を行うことができる新規のマイクロマニピュレーション用ツールを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のマイクロマニピュレーション用ツールは、先端に開口を備えた軸孔を有する管状部と、該管状部の先端における前記開口の外周側から突出する突出部とを有することを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、管状部の先端における開口の外周側から突出する突出部を有することにより、軸孔を通して吸引することにより管状部の先端に吸引保持される微小な操作対象物が、突出部により補助的に支持され得るように構成できるので、容易かつ確実に操作対象物を保持することができるようになるから、微小な操作対象物を所定位置へ移動させる際の操作性を向上させることができ、操作に要求される熟練度合が低減され、また、操作ミスを削減することができる。
【０００９】
本発明において、前記突出部は、前記開口を取り巻くように筒状に構成されていることが好ましい。突出部が開口を取り巻くように筒状に構成されていることによって、開口の周囲いずれの方向においても操作対象物が突出部により支持され得るので、より確実に操作対象物を保持することができる。
【００１０】
本発明において、突出部は、実質的に光を透過可能に構成されていることが好ましい。突出部が光を透過可能に構成されていることにより、管状部の先端に保持された操作対象物が突出部を通して視認可能になるので、さらに操作が容易になる。特に、突出部が開口を取り巻くように筒状に構成されている場合には、突出部が透光性を有することによって、いずれの方向から見た場合でも操作対象物を視認できるようになる。
【００１１】
本発明において、前記管状部は管状部材により構成され、前記突出部は、前記管状部材の先端に外嵌された、少なくとも先端側部分において実質的に光を透過可能な筒状部材によって構成され、該筒状部材は、前記管状部材の先端から前記先端側部分が突出した状態となるように前記管状部材に装着されていることが好ましい。これによれば、管状部材に筒状部材を装着するだけで先端に突出部を有するツールを容易に構成できる。また、管状部材に対して筒状部材を着脱可能に取り付けることも可能であり、このようにすると、メンテナンス作業が容易になる。
【００１２】
なお、上記のマイクロマニピュレーション用ツールにおいて、突出部の突出量は、管状部の軸線から突出部の内面までの距離の１〜３倍の範囲内であることが好ましい。この範囲を下回ると突出部の突出量が小さくなるためにその支持効果が得られ難くなり、上記範囲を越えると突出部が操作の障害となりやすくなり、操作性が低下する。
【００１３】
次に、本発明のマイクロマニピュレーション用ツールは、先端が開放された筒状体を有し、該筒状体の先端には筒壁に複数の切り込みが形成されることにより、先端が複数に分割されていることを特徴とする。換言すれば、筒状体の先端が分岐していることにより、筒状体の先端は、軸線方向に開口しているだけでなく、側方にも開口した形状となっている。これによって、操作対象物を複数分割された形状の先端によって押えたり、操作対象物に対してツールを位置決めしたりすることが可能になるとともに、筒壁に形成された切り込みを通して操作対象物の表面を視認したり、他のツールで操作を行ったりすることが可能になる。
【００１４】
本発明において、前記筒状体の内部に、先端に開口を備えた軸孔を有する管状部が進退可能に配置されていることが好ましい。筒状体の内部において管状部を進退動作させることによって、筒状体の先端により操作対象物を押えた状態で、或いは、操作対象物に対して筒状体の先端を当接させることによってツールを位置決めした状態で、管状部の先端により操作対象物の一部を吸着保持して採取したり、別の操作対象物を管状部の先端に保持した状態で筒状体に当接した操作対象物に付着させたり、その内部に導入したりといったことが可能になる。
【００１５】
次に、本発明のマイクロマニピュレータは、上記のいずれかに記載のマイクロマニピュレーション用ツールを具備することを特徴とする。上述のマイクロマニピュレーション用ツールは、通常のマイクロマニピュレータに装着して用いることができる。ここで、マイクロマニピュレータには、マイクロマニピュレーション用ツールを保持して駆動する駆動機構が設けられる。例えば、マイクロマニピュレータには、マイクロマニピュレーション用ツールをＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、θ方向、φ方向（θ及びφは極座標系のパラメータ）のうち少なくとも１方向、好ましくは２以上の方向、に駆動するための公知の駆動機構を設けることができる。
【００１６】
また、本発明のマイクロマニピュレータは、上記の軸孔を備えた管状部を有するいずれかのマイクロマニピュレーション用ツールと、前記管状部の前記軸孔を通して吸引作用をなすための吸引手段とを具備することを特徴とする。このマイクロマニピュレータにおいては、吸引手段により管状部の軸孔を通してなされる吸引作用により、管状部の先端に微小な操作対象物を吸引保持することが可能になる。その吸引手段には、例えば、排気装置、及び、この排気装置と管状部の軸孔との間の接続状態（開閉状態、或いは、開閉状態と開度）を制御する弁が含まれる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明に係るマイクロマニピュレーション用ツール及びマイクロマニピュレータの実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
［第１実施形態］
図１は、本発明に係るマイクロマニピュレーション用ツール及びこれを備えたマイクロマニピュレータの第１実施形態の構造を模式的に示す概略構成図である。
【００１９】
この第１実施形態のマイクロマニピュレーション用ツール１０は、支持部１１と、この支持部１１に取り付けられた管状部材１２と、この管状部材１２の先端に装着された筒状部材１３とを有する。支持部１１は、直接人の手によって把持される把持部となるように構成されてもよく、また、マイクロマニピュレータ１００の図示しない取付部に装着されるように構成されて、マイクロマニピュレータ１００の図示しない駆動機構によってツール１０が操作されるようにして用いられてもよい。
【００２０】
管状部材１２は例えばガラス（石英）や合成樹脂などで構成される。管状部材１２の径は用途に応じて適宜の寸法に構成されるが、例えば、生体細胞等を取り扱う場合には数μｍ〜数十μｍ程度の外径とされる。このような微細径の管状部材１２は、例えば、一般的なサイズのガラス管（石英管）や合成樹脂管を加熱して引き伸ばすことなどによって製造できる。管状部材１２にはその軸線に沿って軸孔１２ａが設けられ、この軸孔１２ａは管状部材１２の先端の開口部１２ｂにて開口している。管状部材１２は直管状であってもよく、図示のように適宜に曲折した形状であってもよい。
【００２１】
筒状部材１３は、管状部材１２の先端に装着されている。筒状部材１３は、少なくとも先端側部分が実質的に光を透過可能な素材で構成されている。筒状部材１３の入手を容易にするためには、例えば、全体が透明なガラスや合成樹脂等の透明素材で構成される筒材とすることが好ましい。筒状部材１３は、管状部材１２に対して溶着、接着、圧入、締め付け等の適宜の手段で保持固定される。ただし、完全に固着するのではなく、弾性力によって圧着保持されていることが好ましい。例えば、多少の弾性変形が可能な素材（例えば合成ゴムや軟質樹脂）で筒状部材１３を形成し、この筒状部材１３を管状部材１２に対して圧入することによって、管状部材１２に筒状部材１３を装着（外嵌）することが望ましい。特に、筒状部材１３が管状部材１２に対して着脱可能に装着されていることがメンテナンス作業を容易にする上で特に好ましい。
【００２２】
筒状部材１３は、管状部材１２の先端から、その先端側部分が突出する状態で装着されている。すなわち、筒状部材１３の先端側部分は、管状部材１２の先端を取り巻くように突出した状態に配置されている。管状部材１２の先端に対する筒状部材１３の突出量は、使用目的によって適宜に設定できるが、例えば、筒状部材１３の内径（直径）の０．５〜１．５倍の範囲内であることが好ましい。換言すれば、筒状部材１３の突出量は、管状部材１２の軸線から筒状部材１３の内面までの距離の１〜３倍の範囲内である。この範囲を下回ると、筒状部材１３の突出量が小さくなり、後述する操作対象物Ｃに対する支持効果が低下する。また、上記範囲を越えると、筒状部材１３の突出量が大きくなり、後述する操作対象物Ｃを管状部材１２の先端に吸着させたり、吸着した状態を解除したりする作業が困難になり、また、筒状部材１３が周囲に抵触しやすくなるなど、操作性が損なわれる。
【００２３】
支持部１１の基端には、管状部材１２の上記軸孔１２ａに連通するチューブ等で構成される管路１０１が接続されている。この管路１０１はリーク弁１０２を介して吸引弁１０３に接続されている。この吸引弁１０３は排気装置１０４に接続されている。また、管路１０１はリーク弁１０２を介して供給弁１０５にも接続されている。この供給弁１０５はエアや不活性ガス等の気体、薬剤等の液体などを供給する供給装置１０６に接続されている。
【００２４】
図示例では、吸引弁１０３を開き、供給弁１０５を閉じた状態で、リーク弁１０２を閉鎖することによって、管路１０１を介して管状部材１２の開口部１２ｂにおいて吸引作用を生じさせることが可能になる。この吸引作用によって細胞等の微小な操作対象物Ｃを吸引保持することができる。この場合、操作対象物Ｃは筒状部材１３の先端側部分によって包囲された状態で吸着保持されるため、吸引力をそれほど大きくしなくても、管状部材１２の先端から外れ難くなるので、操作対象物Ｃに与える応力等の負荷を低減しつつ、容易かつ確実に操作対象物Ｃを操作することが可能になる。
【００２５】
上記のようにして操作対象物Ｃを吸引保持した状態で、操作対象物Ｃを所定の位置に配置したり供給したりするために、操作対象物Ｃを管状部材１２の先端から離反させるには、吸引弁１０３を遮断した上でリーク弁１０２を開放して吸引力を消失させればよい。この場合、操作対象物Ｃが管状部材１２の先端に吸着したまま離反しない場合には、さらに、リーク弁１０２を閉鎖した上で、或いは、最初からリーク弁１０２を開放しないで、供給弁１０５を開け、軸孔１２ａ内に気体（エアや不活性ガスなど）を供給装置１０６から供給すれば、その気体の圧力によって操作対象物Ｃを管状部材１２の先端から強制的に離反させることができる。
【００２６】
［第２実施形態］
次に、図２を参照して、本発明に係るマイクロマニピュレーション用ツール及びマイクロマニピュレータの第２実施形態について説明する。この実施形態のマイクロマニピュレーション用ツール２０は、支持部２１と、この支持部２１から進退可能に取り付けられた管状部材２２とを有している。管状部材２２は、第１実施形態と同様に、先端に開口部２２ｂを有する軸孔２２ａを備えている。管状部材２２の基端は、支持部２１の内部において摺動可能に配置された、例えば円筒状の、取付部材２４に固定されている。この取付部材２４には可撓性の密封袋材２５が取り付けられ、この密封袋材２５の内部は上記管状部材２２の軸孔２２ａと連通している。密封袋材２５は、チューブ等で構成される管路２０１に接続されている。取付部材２４にはスライド操作部２６が取り付けられている。このスライド操作部２６を支持部２１に対して移動させることによって管状部材２２を進退動作させることができるように構成されている。なお、スライド操作部２６は手動で操作しても構わないが、例えば、マイクロマニピュレータ２００に支持体２１を駆動する駆動機構が設けられる場合には、スライド操作部２６もこの駆動機構によって動作するように構成されてもよい。
【００２７】
支持部２１には、筒状体２３が取り付けられている。より具体的には、筒状体２３の基端にフランジ状に張り出した鍔部２３ｄが設けられ、この鍔部２３ｄは、支持部２１に対して接着、溶着、ネジ止め等の公知の固定手段により取り付けられている。この筒状体２３の内部には貫通孔２３ａが形成され、この貫通孔２３ａは筒状体２３の先端部２３ｂにおいて開口している。先端部２３ｂの筒壁には一対の切り込み２３ｃが形成されている。この切り込み２３ｃは、筒状体２３の軸線の両側にて対向配置されている。筒状体２３の先端部２３ｂには、上記の切り込み２３ｃによって一対の突起部２３Ａ，２３Ｂが形成されている。すなわち、筒状体２３の先端部２３ｂは、突起部２３Ａと２３Ｂとの間において軸線方向に開口していると同時に、一対の切り込み２３ｃにより側方にも開口した形状を備えている。
【００２８】
上記の筒状体２３は、筒形状の素材の先端の筒壁を部分的に削除する加工、或いは、型成形を施すことによって容易に形成できる。筒状体２３は、ガラス（石英）や合成樹脂で構成できる。ここで、ガラス（石英）などのような型成形が難しい素材の場合には、切削加工等で先端部を形成できるし、合成樹脂などのように型成形が容易な素材の場合には、型を用いて上記切り込みや突起部を有する形状を一体に成形すればよい。
【００２９】
筒状体２３の貫通孔２３ａには上記の管状部材２２が配置される。筒状体２３の貫通孔２３ａは、管状部材２２が余裕をもって進退できるように、その内径が管状部材２２の外径よりも大きく構成されている。その結果、管状部材２２は、筒状体２３の貫通孔２３ａの内部において軸線方向に進退可能に構成される。管状部材２２が筒状体２３の内部を軸線方向に進退動作するとき、可撓性の密封袋材２５は、その密封性を維持したまま管状部材２２の軸線方向に変形できるようになっている。
【００３０】
本実施形態でも、上記第１実施形態と同様に、管路２０１にリーク弁２０２が接続され、このリーク弁２０２は吸引弁２０３を介して排気装置２０４に接続される。また、リーク弁２０２には供給弁２０５も接続され、リーク弁２０２は、供給弁２０５を介して供給装置２０６に接続されている。これらの管路２０１、リーク弁２０２、吸引弁２０３、排気装置２０４、供給弁２０５及び供給装置２０６は第１実施形態と同様のものである。
【００３１】
この実施形態では、筒状体２３の先端部２３ｂに設けられた一対の突起部２３Ａ，２３Ｂを生体組織等の操作対象物Ｄに当接させることにより、操作対象物Ｄを固定したり、逆に操作対象物Ｄに突起部２３Ａ，２３Ｂを当接させることによりマイクロマニピュレーション用ツール２０を位置決めしたりすることができる。したがって、操作対象物Ｄに対する操作を容易に行うことが可能になる。
【００３２】
操作対象物Ｄに対する操作の例としては、本実施形態の場合、管状部材２２の先端に別の操作対象物Ｅ（細胞など）を吸引作用により保持した状態とし、スライド操作部２６を移動させることによって管状部材２２を突出させ、この操作対象物Ｅを操作対象物Ｄに付着させたり、内部に導入したりする。この状態で、吸引作用を解除するか、或いは、吸引作用を解除した上で逆に加圧することによって、管状部材２２から操作対象物Ｅを離反させることができる。
【００３３】
上記実施形態では筒状体２３の内部に管状部材２２を配置しているが、管状部材２２以外の他の補助ツールを用いることができる。例えば、管状部材２２の代りに二本指ツールを用いたり、筒状体２３の貫通孔２３ａを通してレーザ光を照射可能に構成したりしてもよい。　また、このマイクロマニピュレーション用ツール２０は、マイクロダイセクションに用いる場合に特に有効である。このマイクロダイセクションにおいては、例えば、操作対象物Ｄから、その一部、例えば操作対象物Ｅ、を分離して採取する。より具体的には、上記実施形態の構成に加えて、筒状体２３の内部を通して（例えば、管状部材２２の軸孔２２ａを通して、あるいは、管状部材２２の外周面と筒状体２３の内周面との間を通して）レーザ光を照射可能に構成してもよい。このようにすると、レーザ光によって操作対象物Ｄの一部を切り取り、その後、管状部材２２を動作させることにより、切り取り片を管状部材２２の先端で吸引保持して採取することが可能になる。
【００３４】
さらに、上記実施形態とは異なる他の状況下においても筒状体２３を用いることができる。例えば、筒状体２３を単独で（すなわち上記管状部材２２を用いることなく）操作対象物Ｄの位置決めツールとして用いることができる。この場合において、筒状体２３の内部を通してレーザ光を照射可能に構成してもよい。
【００３５】
筒状体２３は、その先端部２３ｂに切り込み２３ｃが設けられているため、これらの切り込み２３ｃを通して操作対象物Ｄの表面や管状部材２２の先端に保持された操作対象物Ｅを外部から視認することができる。しかしながら、さらに視認性を向上させるために、実質的に光を透過可能な素材、例えば、ガラス（石英）や透明な合成樹脂などで構成することができる。このようにすると、操作に際して操作対象物Ｄの表面を認識しやすくなるとともに、操作対象物Ｃの存在及びその位置を容易に確認することができるようになるので、さらに操作を容易に行うことが可能になる。また、上記の切り込み２３ｃは、筒状体２３の外部から別のツールを操作対象物Ｄにアクセスさせるときの開口部としても用いることができる。
【００３６】
［共通事項］
尚、本発明のマイクロマニピュレーション用ツールは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、本発明のマイクロマニピュレーション用ツール及びマイクロマニピュレータは、生体材料の加工分野、医療分野（手術や医療用の再生組織の加工など）、微細な工業用部品の加工分野（マイクロモータやマイクロアクチュエータの製造工程など）等の種々の分野において用いることが可能である。また、上記のマイクロマニピュレーション用ツールは、手持ち工具として、或いは、駆動機構を有する公知のマイクロマニピュレータに装着されて用いられる工具としても、用いることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、微小な操作対象に対しても容易かつ確実に操作を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマイクロマニピュレーション用ツール及びマイクロマニピュレータの第１実施形態の構造を模式的に示す概略構成図である。
【図２】本発明に係るマイクロマニピュレーション用ツール及びマイクロマニピュレータの第２実施形態の構造を模式的に示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０，２０・・・マイクロマニピュレーション用ツール、１１，２１・・・支持部、１２，２２・・・管状部材、１２ａ，２２ａ・・・軸穴、１２ｂ，２２ｂ・・・開口部、１３・・・筒状部材、２３・・・筒状体、２３ａ・・・貫通孔、２３ｂ・・・先端部、２３Ａ，２３Ｂ・・・突起部、２３ｃ・・・切り込み部、２３ｄ・・・鍔部、１００，２００・・・マイクロマニピュレータ、１０１，２０１・・・管路、１０２，２０２・・・リーク弁、１０３，２０３・・・吸引弁、１０４，２０４・・・排気装置、１０５，２０５・・・供給弁、１０６，２０６・・・供給装置
【図１】
2004034249.tif 000003
【図２】
2004034249.tif 000004