(57)【要約】【課題】インジェクション方式において高いスループットで微小物体の特定の部位に高精度に物質を注入することができる注入装置及び方法を提供する。【解決手段】微小物体内の所定の部位に注射針を挿入して当該注射針から所定の物質を前記所定の部位に注入する注入装置であって、前記注射針を前記微小物体に対して挿入可能な複数の方向の中で前記所定の部位を通過する長さが最も長い方向を挿入方向として決定する位置決め制御部と、前記注射針を前記挿入方向に沿って移動する移動手段とを有することを特徴とする注入装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小物体内の所定の部位に注射針を挿入して当該注射針から所定の物質を前記所定の部位に注入する注入装置であって、
前記注射針を前記微小物体に対して挿入可能な複数の方向の中で前記所定の部位を通過する長さが最も長い方向を挿入方向として決定する位置決め制御部と、
前記注射針を前記挿入方向に沿って移動する移動手段とを有することを特徴とする注入装置。
【請求項２】
微小物体内の所定の部位に注射針を挿入して当該注射針から所定の物質を前記所定の部位に注入する注入装置であって、
前記注射針を前記微小物体に対して挿入可能な複数の方向の中で、前記所定の部位を通過する長さが所定の長さ以上であり、かつ、前記微小物体の表面に対して最も垂直に近い方向を挿入方向として決定する位置決め制御部と、
前記注射針を前記挿入方向に沿って移動する移動手段とを有することを特徴とする注入装置。
【請求項３】
微小物体内の所定の部位に注射針を挿入して当該注射針から所定の物質を前記所定の部位に注入する注入装置であって、
前記所定の部位に含まれる最大径を有する球の中心を前記注射針の前記微小物体内の挿入位置として決定する位置決め制御部と、
前記注射針を前記挿入位置まで移動する移動手段とを有することを特徴とする注入装置。
【請求項４】
微小物体内の所定の部位に注射針を挿入して当該注射針から所定の物質を前記所定の部位に注入する注入方法であって、
前記注射針を前記微小物体に対して挿入可能な複数の方向の中から、当該挿入方向に沿った前記所定の部位の長さ、前記挿入方向が前記微小物体の表面となす角度、及び、前記微小物体の投影面積の少なくともいずれかに基づいて、一の方向を選択するステップを有することを特徴とする注入方法。
【請求項５】
微小物体内の所定の部位に注射針を挿入して当該注射針から所定の物質を前記所定の部位に注入する注入方法であって、
前記注射針の前記微小物体における挿入位置を、前記所定の部位に含まれる最大径を有する球の中心として決定するステップを有することを特徴とする注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な物体（細胞やコロイドなど）に微細針を介して物質を注入する注入（マイクロインジェクション）装置に関する。本発明は、例えば、医療分野において、白血球が持つ抗体生成など、生体細胞の反応を使った創薬システムにおける微小浮遊細胞を捕獲し、微細針を介して物質を注入するインジェクション装置に好適である。ここで、創薬システムとは、一般には、細胞内に外来の遺伝子溶液及び薬剤溶液を微小針を用いて注入するなどの処理を施し、その後に、各細胞を培養し、個別的に評価又は処理（スクリーニングや抗体抽出など）するためのシステムをいう。
【背景技術】
【０００２】
近年、再生医療やゲノム創薬等の分野において、遺伝子及び薬剤を導入した細胞を利用する機会が増加している。このような医療用途では、研究用途とは異なり、細胞と導入物質の組合せを予め決定し、単一細胞について効果発現の有無を観察するなど、各細胞の個別的評価が必要となる。例えば薬剤であれば、個々の細胞に薬剤を注入し、細胞に対して薬剤がどのような作用をなすか、の評価を行う。特に、薬剤の注入量を変える、あるいは注入する薬剤種別を変えるなどの対応も必要であることから、多量の細胞に対して薬剤を注入することが求められる。また、医療用途では、大量の細胞の処理に対して所定のスループットを維持することが要求される。
【０００３】
遺伝子注入の方法としては、ベクター法などの生物的手法、トランスフェクションなどの化学的手法、電気穿孔法、パーティクルガン、インジェクションなどの物理的手法がある。このうち生物的手法や化学的手法は細胞と導入物質の組合せに制限があるために医療用途には適さない。一方、物理的手法は、細胞と注入物質の組合せの制限を受けない方法として知られており、特に、インジェクション法（例えば、特許文献１及び２を参照のこと）は、人工授精に広く使われているように、高い注入成功率を有して遺伝子注入方法として有力視されている。従来のインジェクション法は、熟練作業者が細胞にダメージを最低限に抑えた状態で顕微鏡を利用して針先から物質を細胞に導入する。細胞が、シャーレ中で自由に移動可能であると注入作業が困難になるため、微細孔の空いた膜をフィルターの裏から多数の細胞を一括して吸引及び固定する方法も提案されている（例えば、特許文献３を参照のこと）。
【０００４】
そのほかの従来技術としては、例えば、特許文献４及び５がある。
【特許文献１】特開平９−１８７２７８号公報
【特許文献２】特開２０００−２３６５７号公報
【特許文献３】特開平２−１１７３８０号公報
【特許文献４】特開２００４−１６６６５３号公報
【特許文献５】特許第３５２５８３７号公報明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
吸引により吸引前は球体であった細胞が扁平状に変形する。また、シャーレで細胞を吸引せずに浮揚状態で培養すると細胞が増殖してシャーレ面に広がって付着する。この場合も細胞は球体から扁平状に変形する。一方、ＤＮＡのように細胞のどこの部位に挿入されてもよい物質もあるが、細胞の特定の部位（細胞核や細胞質など）に注入したい物質（例えば、薬剤やタンパク質）も存在する。
【０００６】
この場合、手作業で薬剤を注入するとスループットが低く、熟練作業者であっても単位時間当たりに薬剤を注入することができる細胞の数は限られることから、手作業による注入作業では必要とされる数の細胞を得るのに非常に時間を要する。そのため、注入装置によって自動的に細胞に薬剤などを注入できるようにし、作業のスループットを向上させることが好ましい。
【０００７】
従来の注入装置は、吸引孔又はシャーレ面から所定距離だけ上方を目標位置として微細針を位置決めしており、特定部位への挿入手段を有していなかった。また、細胞は扁平状に変形している場合、微小針の挿入方向によっては特定部位の厚さが小さく特定部位を微小針が突き抜けるなど挿入作業が困難になる。更に、細胞の種類によっては細胞の表面抵抗が高く、微細針の細胞への挿入角度によっては微細針の先端が細胞表面ではじかれたり滑ったりして細胞内部に進入できないおそれもある。熟練作業者による目視作業であれば、微小針の挿入位置を適宜判断することも可能であるが、スループットの面では上記の通り好ましい対応とは言えない。
【０００８】
そこで、本発明は、インジェクション方式において高いスループットで微小物体の特定の部位に高精度に物質を注入することができる注入装置及び方法を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面としての注入装置は、微小物体内の所定の部位に注射針を挿入して当該注射針から所定の物質を前記所定の部位に注入する注入装置であって、前記注射針を前記微小物体に対して挿入可能な複数の方向の中で前記所定の部位を通過する長さが最も長い方向を挿入方向として決定する位置決め制御部と、前記注射針を前記挿入方向に沿って移動する移動手段とを有することを特徴とする。かかる注入装置によれば、位置決め制御部が最も挿入位置のマージンの大きな方向を設定するため、注射針の挿入及び物質の注入が安定する。
【００１０】
前記複数の方向は互いに平行でもよいし、非平行でもよい。前記位置決め制御部は、前記挿入方向に沿った前記所定の部位内の線分の中点を前記注射針の挿入位置として決定し、前記移動手段は前記挿入位置まで前記注射針を移動してもよい。中点がもっとも挿入位置のマージンが大きくなるからである。前記微小物体の形状を計測する計測手段は、例えば、前記微小物体にレーザー光などの計測光を走査してその軌跡の画像をＣＣＤなどの撮像手段で取得する光切断方法やＺ方向走査型の共焦点顕微鏡による立体撮像光学系を使用することができる。前記複数の方向は、前記微小物体の表面に対する法線となす角度の絶対値が所定の角度以下であることが好ましい。これにより、微小物体の表面で注射針がはじかれる又は滑る方向を挿入方向の候補から除外することができる。
【００１１】
本発明の別の側面としての注入装置は、微小物体内の所定の部位に注射針を挿入して当該注射針から所定の物質を前記所定の部位に注入する注入装置であって、前記注射針を前記微小物体に対して挿入可能な複数の方向の中で、前記所定の部位を通過する長さが所定の長さ以上であり、かつ、前記微小物体の表面に対して最も垂直に近い方向を挿入方向として決定する位置決め制御部と、前記注射針を前記挿入方向に沿って移動する移動手段とを有することを特徴とする。かかる注入装置によれば、ある程度の挿入位置のマージンを確保できる限り、挿入角度を優先して挿入角度を垂直に近づけ、微小物体の表面で注射針がはじかれることを防止することができる。
【００１２】
前記微小物体は、前記所定の部位としての第１の部分と、当該第１の部分とは異なる前記第２の部分とを含む場合、前記所定の部位を通過する長さは、例えば、前記第１の部分が前記第２の部分の両側に存在する場合に前記両側における前記第１の部分の長さの長い方の長さ又は注射針に近い方の長さである。長い方の長さとしたのは、挿入位置のマージンの観点からは第２の部分のどちらかの側の第１の部分に挿入されるためである。また、注射針に近い方の長さとしたのは第２の部分が注射針に遠い部分に挿入されることを邪魔するおそれがあるからである。
【００１３】
本発明の別の側面としての注入装置は、微小物体内の所定の部位に注射針を挿入して当該注射針から所定の物質を前記所定の部位に注入する注入装置であって、前記所定の部位に含まれる最大径を有する球の中心を前記注射針の前記微小物体内の挿入位置として決定する位置決め制御部と、前記注射針を前記挿入位置まで移動する移動手段とを有することを特徴とする。かかる注入装置によれば、挿入位置のマージンを球を利用して確保している。前記位置決め制御部は、前記注射針が前記挿入位置に移動可能な方向の中で前記微小物体の表面となす角度が最も垂直に近い方向を挿入方向として決定し、前記移動手段は前記挿入方向に沿って前記注射針を移動してもよい。これにより、微小物体の表面で注射針がはじかれる又は滑る方向を挿入方向の候補から除外することができる。前記位置決め制御部は、前記注射針が前記挿入位置に移動可能な方向の中で、前記微小物体の投影面積が所定の面積よりも小さいものの中で前記挿入方向を選択してもよい。投影面積が広ければその方向に微小物体は広がっているため、投影面積が小さいものを選択すれば挿入位置のマージンは大きくなる。
【００１４】
前記微小物体は、前記所定の部位としての第１の部分と、当該第１の部分とは異なる前記第２の部分とを含み、前記複数の方向は前記第２の部分と交差する方向を含まないことが好ましい。これにより、第２の部分が注射針で損傷することを防止することができる。
【００１５】
前記微小物体を収納する容器を更に有し、前記移動手段及び前記容器の少なくとも一方は前記注射針と前記微小物体との位置及び姿勢を変化させる調節手段を有することが好ましい。位置は、例えば、ＸＹＺ方向の一又は複数の位置であり、姿勢は、例えば、ＸＹＺ方向の各軸周りの一又は複数の角度である。
【００１６】
本発明の別の側面としての注入方法は、微小物体内の所定の部位に注射針を挿入して当該注射針から所定の物質を前記所定の部位に注入する注入方法であって、前記注射針を前記微小物体に対して挿入可能な複数の方向の中から、当該挿入方向に沿った前記所定の部位の長さ、前記挿入方向が前記微小物体の表面となす角度、及び、前記微小物体の投影面積の少なくともいずれかに基づいて、一の方向を選択するステップ、又は、前記注射針の前記微小物体における挿入位置を、前記所定の部位に含まれる最大径を有する球の中心として決定するステップを有することを特徴とする。かかる注入方法は、当該挿入方向に沿った前記所定の部位の長さ、前記挿入方向が前記微小物体の表面となす角度、前記微小物体の投影面積、前記所定の部位に含まれる最大径を有する球を考慮して挿入位置のマージンを確保することができる。
【００１７】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、インジェクション方式において高いスループットで微小物体の特定の部位に高精度に物質を注入することができる注入装置及び方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態の注入装置１００について説明する。注入装置１００は、細胞やコロイドなどの本発明に適用可能な微小物体に対して所定の物質を、微小針（キャピラリ）を用いて注入する。本実施例の微小物体は、液体Ｌに分散し、浮遊可能な細胞Ｃである。液体Ｌは、例えば、細胞懸濁液及び培地である。ここで、図１は、注入装置１００の概略断面図である。注入装置１００は、図１に示すように、シャーレ１０２と、捕獲基材１０４と、キャピラリ１０６と、シャーレ支持系１１０と、観察系１２０と、キャピラリ駆動系１３０と、制御系１４０とを有する。
【００２０】
シャーレ１０２は、図１の薄い灰色部で規定され、捕獲基材１０４と、液体Ｌと複数の細胞Ｃを収納する容器である。シャーレ１０２は、液体Ｌ及びそれに浮遊する複数の細胞Ｃを収納する円筒形状の水槽であり、例えば、ガラスやプラスチックから構成される。シャーレ１０２は別の実施例では流路を構成する容器に置換される。シャーレ１０２には、細胞Ｃ及び液体Ｌが供給される図示しない一又は複数の供給部に接続される。
【００２１】
シャーレ１０２に満たされる液体Ｌの量は、通常時は細胞Ｃが捕獲基材１０４に接触せずに浮遊することができ、吸引時には細胞Ｃが捕獲基材１０４上に拘束される量である。また、後述する図示しない吸引口から液体Ｌは捕獲基材１０４内に流入するため、その後も細胞Ｃが捕獲基材１０４に接触せずに浮遊することができるのに十分な量がシャーレ１０２に供給される必要がある。
【００２２】
シャーレ１０２には液体Ｌの高さを検知するセンサが設けられ、液体の量が一定の高さ以下になった場合には図示しない供給部から液体Ｌが供給される構成としてもよい。シャーレ１０２には、所定の物質が注入された細胞（即ち、処理済の細胞）を後段の回収部に搬送する流路が接続されていてもよい。
【００２３】
捕獲基材１０４は、シャーレ１０２の内面に適合する円筒形状の部材であり、細胞Ｃを捕獲する。捕獲基材１０４は、液体Ｌ及び細胞Ｃよりも比重が大きく、液体Ｌを汚染しない材料（例えば、ガラスやプラスチック）から構成される。捕獲基材１０４は、シャーレ１０２の一部であってもよい。
【００２４】
捕獲基材１０４は、図示しない複数の吸引孔と、それに接続された図示しない減圧手段とを有する。本実施例では捕獲基材１０４を設けているが、細胞Ｃは増殖時にシャーレ面に付着するため、捕獲基材１０４を設けるかどうかは選択的である。
【００２５】
吸引孔は捕獲基材１０４の細胞Ｃに対向する面に設けられ、細胞Ｃを吸引及び捕獲するためのφ数μｍ程度の複数の穴である。吸引孔の数は同時に捕獲可能な細胞Ｃの最大数である。吸引孔は、細胞Ｃの吸引・吐出、液体Ｌの吐出が可能であり、ポンプなどの減圧手段に接続されている。ポンプの数は吸引孔と同数でもよいし、各吸引孔に制御弁が設けられれば、少なくとも一つのポンプで足りる。
【００２６】
減圧手段は、少なくとも吸引（好ましくは吐出も可能）であればその種類は問わない。例えば、シリンダとその軸方向に摺動可能なプランジャよりなる吸引／吐出装置であってもよい。また、本実施例は吸引力と吐出力を調節可能としている。細胞Ｃを損傷しない程度に捕獲する吸引力や処理済みの細胞Ｃを解放する吐出力はシミュレーションや実験で予め設定されているが、細胞Ｃを吸引口に引き寄せる際の吸引力や凝集した細胞Ｃを分散させるための液体Ｌの吐出力は調節可能であり、これにより、捕獲動作の効率を高めることができる。
【００２７】
キャピラリ１０６は、細胞Ｃの所定の部位（例えば、核や細胞質）に挿入され、所定の部位に遺伝子、薬剤、タンパク質などの所定の物質を注入する注射針である。キャピラリ１０６は、例えば、ガラスやプラスチックから構成される中空部材である。キャピラリ１０６は、キャピラリ駆動系１３０に接続されて駆動される。シャーレ１０２を固定支持するシャーレ支持系１１０とキャピラリ駆動系１３０の少なくとも一方は、キャピラリ１０６と細胞Ｃとの位置及び姿勢を変化させる調節手段を有する。位置は、例えば、ＸＹＺ方向の一又は複数の位置であり、姿勢は、例えば、ＸＹＺ方向の各軸周りの一又は複数の角度である。本実施例では、シャーレ支持系１１０のＸＹテーブル１１２はＸＹ平面内でシャーレ１０２を移動する機能を有し、キャピラリ駆動系１３０はその他の方向の移動又は微調節機能を有する。
【００２８】
シャーレ支持系１１０は、シャーレ１０２を水平に固定及び支持する手段であり、ＸＹテーブル１１２と複数の位置決めピン１１４とを有する。
【００２９】
ＸＹテーブル１１２は、水平に維持されて固定された円筒形状を有し、ＸＹ制御部１６６によってＸＹ平面内で大まかに位置決めされる。キャピラリ１０６と細胞Ｃとの微調節はキャピラリ駆動形１３０によって行われる。
【００３０】
位置決めピン１１４は、シャーレ１０２をＸＹテーブルに固定及び位置決めする。位置決めピン１１４の数は等間隔で配置されるが、その数は限定されない。本実施例はシャーレ１０２は固定であるが、上述のように、シャーレ１０２がＸＹＺ軸方向及びその各軸周り（後述するαβγ軸方向）に変位可能であってもよい。
【００３１】
観察系１２０は、細胞Ｃの形状を計測する計測手段と、細胞Ｃの目標挿入位置にキャピラリ１０６が到達したかどうか、及び、物質の注入が終了したかを観察するための状況観察手段とを有する。計測手段は、細胞姿勢取得光学系１２２と、画像処理部１２４と、撮像手段１２６とを含み、図２以降では計測器１２１として具体化されている。撮像手段１２６はＣＣＤなどからなり、図１の参照符合１２６はＣＣＤが撮像した画面を示している。状況観察系は、注入状況観察光学系１２８を含む。
【００３２】
キャピラリ駆動系１３０は、キャピラリ１０６を設定された方向（かかる方向を本実施例では「Ａ軸方向」又は「挿入方向」と呼ぶ場合もある。）に移動する移動手段と、キャピラリ１０６の細胞Ｃに対する位置及び姿勢を変化させる調節手段を有する。図１の例では、「Ａ軸方向」はキャピラリ１０６の軸方向と一致している。
【００３３】
移動手段は、キャピラリ１０６が固定され、キャピラリ１０６をＡ軸方向に移動するキャピラリ挿抜直動テーブル（Ａ軸テーブル）１３１を含む。
【００３４】
調節手段は、キャピラリ１０６をＸＹ方向に微調節するキャピラリＸＹ軸１３２と、キャピラリ１０６をＺ軸方向に移動するキャピラリＺ軸１３３と、キャピラリ１０６をＹ軸周り（本実施例では「β軸方向」ともいう。）に回転するβ軸テーブル１３４と、キャピラリ１０６をＺ軸周り（本実施例では「γ軸方向」ともいう。）に回転するγ軸テーブル１３５とを有する。γ軸テーブル１３５はシャーレの周りに設けられ、例えば、中空円板形状を有する。なお、Ｘ軸周り（本実施例では「α軸方向」ともいう。）の駆動機構は図１では省略されている。
【００３５】
制御系１４０は、挿入方向及び挿入位置を算出する主制御部１４１と、メモリ１４２と、キャピラリの駆動を制御するキャピラリ制御系１５０と、テーブルの動作を制御するテーブル制御系１６０とを有する。
【００３６】
主制御部１４１は、まず、観察系１２０の計測手段による計測結果からキャピラリ１０６が挿入されるべき細胞Ｃの挿入方向及び挿入位置を算出する。次に、主制御部１４１は、算出された挿入方向及び挿入位置に基づいてキャピラリ動作制御系１５０とテーブル制御系１６０を制御する。更に、主制御部１４１は、観察系１２０の状況観察手段による注入状況結果から、キャピラリ動作制御系１５０を制御する。その他、主制御部１４１は、注入装置１００の各部（細胞Ｃの吸引／吐出部、液体Ｌの供給部、物質の注入部など）を制御する。
【００３７】
メモリ１４２は、主制御部１４１の動作方法（例えば、図４や図９に示すフローチャート）や各種のデータを格納する。
【００３８】
キャピラリ制御系１５０は、キャピラリ動作制御部１５２と、挿抜制御部１５４と、β制御部１５６と、ＸＹＺ制御部１５８とを有する。キャピラリ動作制御部１５２は主制御部１４１によって制御され、主制御部１４１による制御の下で挿抜制御部１５４と、β制御部１５６と、ＸＹＺ制御部１５８とを制御する。挿抜制御部１５４は、キャピラリ挿抜直動テーブル１３２によるキャピラリ１０６のＡ軸方向の移動を制御する。β制御部１５６は、β傾斜テーブル１３４によるキャピラリ１０６のβ軸方向の傾斜を制御する。ＸＹＺ制御部１５８はキャピラリＸＹ軸１３２とキャピラリＺ軸１３３によるキャピラリ１０６のＸＹＺ方向の移動を微調節する。
【００３９】
テーブル制御系１６０は、テーブル動作制御部１６２と、γ制御部１６４と、ＸＹ制御部１６６とを有する。テーブル動作制御部１６２は主制御部１４１によって制御され、主制御部１４１による制御の下でγ制御部１６４とＸＹ制御部１６６とを制御する。γ制御部１６４は、Ｃ軸回転テーブル１３５によるキャピラリ１０６のγ方向の回転角度を制御する。ＸＹ制御部１６６は、ＸＹテーブルによるＸＹ平面における移動を制御する。
【００４０】
以下、図２乃至図４を参照して主制御部１４１が挿入位置を算出する原理について説明する。ここで、図２は、キャピラリ１０６の挿入方向を固定して細胞Ｃに挿入する様子を示す概略断面図である。図３は、細胞Ｃにおける挿入位置の算出を説明する概略断面図である。図４は、主制御部１４１による動作を説明するためのフローチャートである。なお、図２及び図３では、細胞Ｃの所定の部位は細胞Ｃ全体であるものとする。図２では、キャピラリ１０６はＡ軸又はそれに平行な軸に沿って細胞Ｃに挿入可能であるものとする。参照符合１２１は計測器（又はカメラ）であり、図１においては部材１２２乃至１２６に対応する。
【００４１】
図２において、計測器１２１は、ＸＹ面上に固定した細胞Ｃの立体形状を計測し、主制御部１４１は計測器１２１による計測結果を取得する。この結果、主制御部１４１は細胞Ｃの外形の情報を取得する（ステップ１００２）。
【００４２】
次に、主制御部１４１は、キャピラリ１０６の挿入可能な方向を図３の矢印に示すように把握し、各方向の細胞Ｃ内での線分ＬＳの長さを取得する（ステップ１００４）。線分ＬＳは、キャピラリ１０６の挿入方向に対応する。図３は、図１に示すＡ軸及びＺ軸を含む平面における細胞Ｃの概略断面図である。図３の例では、特定方向（図示直線方向）に平行な複数の位置で、細胞Ｃを通過する線分の長さを取得する。長さを取得する線分の間隔および本数は任意に決定すればよい。なお、図３においてはそれぞれ平行な複数の直線について線分を設定しているが、非平行な複数の方向について線分を設定し、それぞれの線分長さを取得するようにしてもよい。
【００４３】
次に、主制御部１４１は、複数の線分ＬＳの中で最も長い線分ＬＬＳを選択し、線分ＬＬＳに沿った方向を挿入方向ＩＤとして決定する（ステップ１００６）。なお、キャピラリ１０６の挿入方向ＩＤは線分ＬＬＳと完全に一致する必要はなく、ずれを許容できるのであれば、線分ＬＬＳ近傍が選択されれば挿入位置あるいは挿入方向がずれていてもよい。ずれの許容量は、個別の状況に応じて適宜設定すればよい。細胞Ｃは上述のように吸引されたりシャーレ面に付着したりして扁平状に変形しても、主制御部１４１が最も挿入位置のマージンの大きな方向を挿入方向として設定するため、キャピラリ１０６の挿入及び物質の注入が安定する。
【００４４】
次に、主制御部１４１は、線分ＬＬＳの中点Ｍを挿入位置として選択する（ステップ１００８）。線分ＬＬＳ上では、中点Ｍがもっとも挿入位置のマージン（中点の前および後）が大きくなるからである。挿入位置は、図３においては、キャピラリ１０６の先端が配置される位置であり、キャピラリ動作制御部１５２は調整手段を制御して、キャピラリ１０６の先端が挿入位置に達するようにキャピラリ１０６を移動させる。なお、本発明は挿入位置を中点Ｍに限定する趣旨ではなく、中点Ｍからずれても線分ＬＬＳの範囲内であればよく、また状況によってはキャピラリの挿入位置を考慮しなくともよい。
【００４５】
前述のように、細胞Ｃは液体Ｌ中に存在している。そのため、図５（ａ）に示すように、計測器１２１及び主制御部１４１は、液体Ｌの屈折率を考慮して細胞Ｃの形状を計測することが好ましい。液体Ｌの屈折率を考慮しないと、見かけ上の細胞Ｃの位置と、実際の液体Ｌ中の細胞Ｃの位置とが異なってしまい、キャピラリの挿入方向がずれるおそれがあるからである。ここで、図５（ａ）は、計測器１２１及び主制御部１４１が屈折を考慮して細胞Ｃの形状を計測する様子を示す概略断面図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す構成の動作を説明するフローチャートである。
【００４６】
図５（ａ）において、まず、制御部１４１は、液面センサ１０７により液面ＦＬの座標を取得する（ステップ１０１２）。
【００４７】
次に、制御部１４１は、光源１０８の位置と傾きθ１を取得する（ステップ１０１４）。次に、制御部１４１は、光源１０８と液面ＦＬの座標から屈折位置ＲＰ２と方向θ２を計算する（ステップ１０１６）。次に、光源１０８の位置を屈折位置ＲＰ２を中心に回転することによって、図５（ａ）の実線から点線で示す位置に、補正する（ステップ１０１８）。
【００４８】
また、制御部１４１は、カメラ１２１の位置と傾きを取得する（ステップ１０２０）。次に、また、制御部１４１は、カメラ１２１と液面ＦＬの座標から屈折位置ＲＰ１と方向を計算する（ステップ１０２２）。次に、制御部１４１は、カメラ１２１の位置を屈折位置ＲＰ１を中心に回転することによって、図５（ａ）の実線から点線で示す位置に、補正する（ステップ１０２４）。
【００４９】
ステップ１０１４乃至１０１８とステップ１０２０乃至１０２４の時間的な先後は問わない。最後に、制御部１４１は、光源１０８とカメラ１２１が図５（ａ）に点線で示す補正位置にあるとして三角法によって細胞Ｃの位置を算出する。
【００５０】
以下、図６を参照して計測器１２１による細胞Ｃの形状計測方法について説明する。本実施例では、光学的な手法を用いて細胞Ｃの形状を計測するが、これ以外にも音波などを用いてもよい。
【００５１】
ここで、図６は、細胞Ｃの形状を光切断法によって計測する原理を説明する概略図である。細胞Ｃにレーザー光源１２３からレーザー光ＬＢを走査させたときに生じる散乱や反射光を計測器１２１で計測することにより、細胞Ｃの外形形状を立体的に計測する。このとき主制御部１４１は、液体Ｌの液面で生じる反射、屈折を考慮し、細胞Ｃの位置や外形形状の他、液体Ｌの液面の位置を正確に算出する。
【００５２】
代替的に、図７に示すようなＺ方向走査型共焦点顕微鏡による立体撮像光学系を利用して細胞Ｃの形状を計測してもよい。ここで、図７は、共焦点光学系１７０の概略光路図である。共焦点光学系１７０は、レーザー光源１７１と、ハーフミラー１７２と、対物レンズ１７３と、集光レンズ１７４と、ピンホール１７５と、受光素子１７６とを有する。共焦点光学系１７０は、受光素子１７６の前にピンホール１７５を配置することによって対物レンズ１７３の合焦位置以外からの光を排除できる光学系をいう。共焦点光学系１７０では合焦位置での受光量が極端に大きくなるため、受光量に基づいて合焦位置の変位量を検出することができる。細胞Ｃの形状は、合焦位置の変移量に基づいて計測される。
【００５３】
図７において、実線は合焦状態、破線はデフォーカス状態を表している。合焦状態では、レーザー光源１７１からのレーザー光ＬＢはハーフミラー１７２で反射されて対物レンズ１７３を介して細胞Ｃに集光し、その反射光の殆ど全ては対物レンズ１７３及びハーフミラー１７２、集光レンズ１７２、ピンホール１７５を介して受光素子１７６で受光される。これに対して、デフォーカス状態では、受光素子１７６には一部の反射光しか入射しない。
【００５４】
共焦点光学系１７０を適用したＺ方向走査型共焦点顕微鏡は、この光学系に高速ＸＹスキャナを組合せ、高解像度の合焦画像と細胞Ｃの形状を得ることができる。即ち、細胞Ｃに照射されたビームスポットからの反射、散乱光を顕微鏡光学系の結像面に置かれたピンホール（又はスリット）１７５を通して検出する共焦点光学系１７０を利用し、Ｚ方向に焦点を移動させることで細胞Ｃの立体形状を計測する。高速ＸＹスキャナは、レゾナント（共振型）スキャナ、ガルバノスキャナから構成される。横方向の高速走査にはレゾナントスキャナを、位置決め精度を求められる縦方向の走査にはガルバノスキャナを用いる。受光素子１７６は、例えば、光電子増倍管（ＰＭＴ：フォトマルチプライヤ）を使用することができる。図６の場合と同様に、主制御部１４１は、液体Ｌの屈折率を考慮することで、細胞Ｃの正確な形状や位置を算出することができる。
【００５５】
上記では、２つの手法について説明したが、これ以外にも細胞Ｃの界面を判別できる手法であれば適宜適用が可能である。
【００５６】
図３では、所定の部位を細胞Ｃの全体としていたが、実際には、図８に示すように、細胞Ｃは細胞核ＣＮと細胞質ＣＹから構成され、その目的に応じて細胞核ＣＮと細胞質ＣＹのどちらかのみに薬剤などの所定の物質を注入する場合もある。このような状況では、特に細胞核ＣＮの形状計測結果を考慮してキャピラリの挿入方向・挿入位置を決定することが望ましい。以下、図９を参照して、細胞質ＣＹが所定の部位である場合の主制御部１４１の動作について説明する。
【００５７】
ここで、図８は、細胞Ｃの細胞質ＣＹが所定の部位である場合のキャピラリ１０６の挿入位置を決定する動作を説明するための概略断面図である。図９は、主制御部１４１による動作を説明するためのフローチャートである。
【００５８】
まず、計測器１２１は、ＸＹ面上に固定した細胞Ｃの所定の部位（細胞質ＣＹ）とそれ以外の部位（細胞核ＣＮ）の立体形状を計測し、主制御部１４１は計測器１２１による計測結果を取得する。この結果、主制御部１４１は細胞Ｃの外形情報と細胞核ＣＮの形状情報を取得する（ステップ１１０２）。形状情報としては、細胞Ｃおよび細胞核ＣＮの形状、寸法、位置などが含まれ得る。
【００５９】
次に、主制御部１４１は、キャピラリ１０６の挿入可能な方向を図８の矢印に示すように把握し、各方向の細胞質ＣＹ内の線分ＬＳの長さを取得する（ステップ１１０４）。図８においては、互いに平行な線分を設定しているが、複数の方向について線分を設定して、その長さを取得するようにしてもよい。
【００６０】
主制御部１４１は、図８に示す複数の方向のうち細胞核ＣＮと交差する方向を除外してもよい。これにより、細胞質ＣＹ内に物質を注入する際に、細胞核ＣＮがキャピラリ１０６で損傷することを防止することができる。この場合には、細胞核ＣＮを通過しない線分のうちで、最もその長さが長い線分（図示ＬＬＳ）がキャピラリ１０６の挿入方向として選択される。また、前記したように、線分ＬＬＳの中点をキャピラリ１０６の挿入位置とすることで、キャピラリ挿入時のマージンを最大に取ることが可能となる。
【００６１】
一方、細胞核ＣＮに薬剤を注入するような場合には、細胞核ＣＮを横切る線分についてその長さを取得する処理を行う。ある方向Ａ１に対して、細胞核ＣＮを通過する直線上には、線分ＬＳ１と線分ＬＳ２の２つが存在する。主制御部１４１は、Ａ１方向に伸びる線分と細胞Ｃ・細胞核ＣＮとの交差回数を計数し、細胞Ｃの外形と細胞核ＣＮの形状の論理差空間を算出することで細胞質ＣＹの空間（線分ＬＳ１および線分ＬＳ２の長さ）を算出する。そして、方向Ａ１に関し、主制御部１１４は、線分ＬＳ１とＬＳ２のうち長い方若しくはキャピラリ１０６に近い側の線分をキャピラリ挿入方向として選択する。
【００６２】
本実施例では、線分ＬＳ１が線分ＬＳ２よりも長くキャピラリ１０６側に配置される。挿入位置のマージンを考慮するのであれば、方向Ａ１に関して細胞質ＣＹ−細胞核ＣＮ間の長さが長い線分ＬＳ１が挿入方向として選択される。
【００６３】
また、細胞核ＣＮを突き抜けてキャピラリ１０６を挿入させると、細胞核ＣＮを傷つけるために、このような対応は好ましくない。そのため、細胞核ＣＮを避けてキャピラリを細胞質ＣＹに挿入することを意図するのであれば、キャピラリ１０６に近い側の線分をキャピラリの挿入方向として選択することとなる。
【００６４】
図８のケースでは、長さの長い線分と、キャピラリに近い線分とはともにＬＳ１であり、一致している。しかし、線分の長さがＬＳ１＜ＬＳ２であるような場合には、どちらか一方をキャピラリの挿入方向として選択することとなる。もっともキャピラリ１０６を１８０°回転して方向Ａ１に沿って図８の下から細胞Ｃに挿入可能であれば、キャピラリに近い線分を選択するまでもなく、線分ＬＳ１とＬＳ２のうち長い方の線分をキャピラリ１０６の挿入方向として選択すればよい。
【００６５】
主制御部１４１は、図１０に示すように、細胞Ｃ内を通過する線分のうち、細胞Ｃの表面に対する法線Ｎとキャピラリ１０６の挿入方向とのなす角度の絶対値が所定の角度よりも大きいものを、キャピラリ挿入方向の候補から除外してもよい。キャピラリの挿入角度が浅いと、細胞表面の弾力などによってキャピラリが弾かれる可能性があるが、上記のような選択をすることにより、細胞Ｃにキャピラリ１０６をより垂直に近い角度で挿入させることが可能となり、細胞Ｃの表面でキャピラリ１０６がはじかれる又は滑る方向を挿入方向の候補から除外することができる。
【００６６】
図１０は、細胞Ｃの細胞質ＣＹが所定の部位である場合の挿入位置を説明するための概略断面図である。キャピラリ挿入に際して細胞核ＣＮを避け、且つ細胞質ＣＹ中の長さが最も長い線分を選択するのであれば、図示ＩＤ１がキャピラリの挿入方向であり、それに対応する線分ＬＬＳの中点が挿入位置として選択される。しかし、図１０の状態では、法線Ｎ１と挿入方向ＩＤ１とのなす角度Ｖ１が所定角度よりも大きいために、キャピラリが細胞Ｃの表面で弾かれる可能性もあり、挿入方向の候補から除外される。図１０の例では、主制御部１４１は、細胞表面の法線Ｎ２とキャピラリの挿入角度との差Ｖ２が最も小さい（即ち、細胞Ｃの表面に最も垂直に近い）方向ＩＤ２を挿入方向に選択し、それに対応する線分の中点（図示黒丸）をキャピラリ１０６の挿入位置に選択している。
【００６７】
別の実施例では、主制御部１４１は法線と挿入可能な方向との角度差の閾値をもう少し大きく設定している。注入装置１００のユーザは、細胞Ｃの表面の抵抗など、細胞Ｃの種類に依存して角度差の閾値を設定することができる。
【００６８】
また、主制御部１４１は、キャピラリ１０６を細胞Ｃに対して挿入可能な複数の方向の中で、細胞質ＣＹを通過する長さが所定の閾値以上の長さであれば、細胞Ｃの表面に対して最も垂直に近い方向を挿入方向として決定してもよい。ある程度の挿入位置のマージンを確保できる限り、挿入角度を優先して挿入角度を垂直に近づけ、細胞Ｃの表面でキャピラリ１０６がはじかれることを防止することができる。
【００６９】
次に、主制御部１４１は、ステップ１００６と同様に、複数の線分ＬＳの中で最も長い線分ＬＬＳを選択し、それに対応する方向を挿入方向ＩＤとして決定する（ステップ１１０６）。細胞Ｃは上述のように吸引されたりシャーレ面に付着したりして扁平状に変形しても主制御部１４１が最も挿入位置のマージンの大きな方向を挿入方向として設定するため、キャピラリ１０６の挿入及び物質の注入が安定する。
【００７０】
次に、主制御部１４１は、線分ＬＬＳの中点Ｍを挿入位置として選択する（ステップ１１０８）。中点がもっとも挿入位置のマージンが大きくなるからである。挿入位置は、図８においては、キャピラリ１０６の先端が配置される位置である。なお、本発明は挿入位置を中点に限定する趣旨ではなく、中点からずれても線分ＬＬＳの範囲内である限りカバーする趣旨である。
【００７１】
上述の実施例では、主制御部１４１は、挿入方向を設定してから挿入位置を設定しているが、図１１に示すように、挿入位置を最初に設定してもよい。ここで、図１１は、挿入位置を設定してから挿入方向を設定する方法を説明するための概略断面図である。
【００７２】
図１１では、主制御部１４１は、細胞質ＣＹが所定の部位である場合に、細胞質ＣＹに含まれる最大径を有する球Ｓの中心ＳＣをキャピラリ１０６の挿入位置として決定している。
【００７３】
細胞質ＣＹ内に含まれる（言い方を変えれば細胞Ｃ内、あるいは細胞Ｃ表面と細胞核ＣＮとの間の空間に内接する）球Ｓは、計測された細胞Ｃおよび細胞核ＣＮの形状情報より算出される。すなわち、計測情報に基づいて、細胞Ｃの表面と細胞核ＣＮとの間隔、あるいは間に細胞核ＣＮが存在していない互いに向かい合う細胞Ｃ表面間の間隔が求められる。これら間隔を複数の方向について算出し、これに基づいて細胞Ｃ内あるいは細胞Ｃ−細胞核ＣＮ間に内接する球がその径とともに算出される。このような球を複数算出し、その中で最大径を有する球Ｓが選択され、その中心ＳＣがキャピラリ１０６の挿入位置となる。
【００７４】
なお、球の算出方法は他の手法を用いてもよい。また、本実施形態では球を用いているが、適宜他の形状の立体を設定してキャピラリ１０６の挿入位置を決定するようにしてもよい。
【００７５】
これにより、細胞Ｃの表面と細胞核ＣＮとの間隔は、少なくとも球Ｓの径分だけ設けられ、挿入位置のマージンを、球を利用して確保している。次に、主制御部１４１は、球Ｓの中心ＳＣを基準として、キャピラリ１０６が移動可能な方向の中で、細胞Ｃ表面とキャピラリ挿入方向とのなす角度が最も垂直に近い方向を挿入方向として決定する。これにより、細胞Ｃの表面でキャピラリ１０６がはじかれる又は滑る方向を挿入方向の候補から除外することができる。
【００７６】
図１１においては、主制御部１４１は、中心ＳＣを通り、細胞Ｃの表面に対し、より垂直に交差するベクトルを挿入方向として、ＸＹＺ軸の移動及びαβγ軸周りに回転してキャピラリ１０６の位置及び姿勢を制御している。なお、上述したように、Ｘ軸周りの回転軸がα軸であり、Ｙ軸周りの回転軸がβ軸であり、Ｚ軸周りの回転軸がγ軸である。最終的に、主制御部１４１は、挿入可能な方向Ａ２−Ａ３の範囲のうち、キャピラリ１０６の挿入角が垂直に近い方向Ａ３をキャピラリ１０６の挿入方向として選択している。
【００７７】
また、主制御部１４１は、図１２に示すように、キャピラリ１０６が挿入位置に移動可能な方向の中で細胞Ｃの投影面積が所定の面積よりも小さいものの中で挿入方向を選択してもよい。ここで、図１２は、投影面積に従って挿入方向を設定する方法を説明するための概略断面図である。図１２においては、方向Ａ２から見た細胞Ｃの投影面積ＰＡ２は方向Ａ３から見た細胞Ｃの投影面積ＰＡ３よりも大きい。投影面積が広ければその方向に微小物体は広がっているため、方向Ａ２に垂直な方向に細胞Ｃはより広がって厚さが薄いとみなすことができる。投影面積が小さいもの、図１２の例ではＡ３の方向をキャピラリの挿入方向として選択すれば、キャピラリ挿入位置のマージンは大きくなるため、本実施例では主制御部１４１は方向Ａ３を選択する。もっともこの場合も、方向Ａ３上に細胞核ＣＮがあることや方向Ａ３における細胞質ＣＹの線分を考慮して他の方向が選択されてもよい。
【００７８】
図１２の方法では、細胞各部を通過する線分長さを個別に算出する必要がないため、比較的簡易にキャピラリの挿入方向を決定することができる。
【００７９】
ここで、複数の挿入位置・挿入方向決定の手法について個別に説明したが、それぞれの手法を組み合わせ、それぞれの手法によって求められる条件を総合的に加味して挿入位置・挿入方向を決定するようにしてもよい。
【００８０】
図１１を例に取ると、Ａ３をキャピラリの挿入方向として選択しているが、Ａ３の延長線上には細胞核ＣＮが存在しており、キャピラリが細胞核ＣＮに到達して、細胞核ＣＮを傷つけてしまう可能性も残る。この際に、細胞核ＣＮが傷つくのを避けることを優先的に考慮するのであれば、例えば図示Ｙ軸方向で細胞Ｃの表面と挿入方向とのなす角が最も垂直に近い方向を選択する、という対応も可能であろう。
【００８１】
このような場合、キャピラリの挿入角度のみに着目すればＡ３が最も条件がよいとしても、総合的に見てその他の方向からキャピラリを挿入した方が好ましいのであれば、Ａ３以外の選択肢を取ればよい。キャピラリの挿入方向・挿入位置決定に当たり、どのような条件を優先的に考慮するか、どの程度の重み付けをするか、挿入方向の適否判断の閾値をどのように設定するか、といった事項は、個別の事例に応じて適宜選択・検討すればよい。
【００８２】
以下、図１に示すマーキングＭＫの情報（同一視野内での姿勢検出用パターン）から導入に至る手順を図１３乃至図１５を参照して説明する。ここで、図１３は、かかる手順を説明する図である。図１４（ａ）は、かかる手順を説明する平面図である。図１４（ｂ）は、かかる手順を説明する断面図である。図１５は、マーキングＭＫの情報から物質の導入に至る手順を示すフローチャートである。
【００８３】
シャーレ１０２に施したマーキングＭＫからシャーレ１０２における細胞Ｃの位置と装置１００のＸＹ座標における位置とキャピラリ駆動傾斜角度のマッチングをとる方法については米国特許第４，９０７，１５８号明細書に記載されている。
【００８４】
同公報は、シャーレ１０２が水平に取り付けられた状態で、かつ、キャピラリ１０６軸の関係を固定した状態で細胞Ｃを指示すると、その細胞Ｃに向かってキャピラリ１０６を挿入することを開示している。これに対して、本実施例は、挿入を容易にするキャピラリ１０６の先端目標位置及び挿入角度やキャピラリ１０６の動作誤差を広く確保することができる目標位置を算出し、キャピラリ１０６に対しその向きにシャーレ支持系１１０とキャピラリ駆動系１３０を動作させてキャピラリ１０６を細胞Ｃに向かって駆動する。これにより、本実施例は細胞Ｃへの所定の物質の導入成功率を向上する。
【００８５】
図１５を参照するに、まず、観察系１２０は、情報からの映像によりシャーレ１０２と装置１００の座標系をマッチングする（ステップ１２０２、図１３左上の平面図）。また、挿入する細胞Ｃを選択する（ステップ１２０４、図１３右の拡大斜視図）。ステップ１２０２及び１２０４は、上述のように米国特許第４，９０７，１５８号明細書に開示された方法を利用する。
【００８６】
次に、選択された細胞Ｃの挿入部位（細胞核ＣＮ又は細胞質ＣＹ）を選択する（ステップ１２０６）。ここでは、細胞核ＣＮを選択する。次に、選択された細胞Ｃの挿入部位の形状を取得する（ステップ１２０８）。ステップ１２０８は、例えば、図６で説明した光切断法を使用する（図１３右の拡大斜視図）。
【００８７】
次に、内包できる最大球の中心を算出し（ステップ１２１０）、最大球の中心をγ軸回転軸中心（Ｘ＝０，Ｙ＝０）に移動する（ステップ１２１２）。次に、断面算出角度ピッチ（例えば、５°）を入力する（ステップ１２１４）。次に、最大球の中心を通り、Ｚ軸を含む平面を、図１３の左中央に示すように、上記角度ピッチで発生し、挿入部位の断面を取得する（ステップ１２１６）。これは、測定結果をコンピュータ上で三次元データ化し、三次元データから断面を抽出することによって行う。
【００８８】
次に、取得断面で最大領域、かつ、キャピラリ挿抜方向に干渉しない（断面画像で重心の右上方向に障害がない）最大領域となる角度の面を算出する（ステップ１２１８）。例えば、図１３の最下の左断面よりも最下右断面を選択した方が挿入部位の断面積が大きくなる。このため、右側の断面を与える角度γを取得する。次に、算出角度の面にキャピラリ駆動軸を合わせる（ステップ１２２０）。次に、最大球の中心を目標位置とする（ステップ１２２２）。図１４（ａ）においては、装置のＸ＝０、Ｙ＝０を最大球中心に合わせ取得角γだけ回転する。Ｘ軸の先にキャピラリ１０６がある。
【００８９】
次に、最大球の中心を通り、キャピラリ挿抜軸角度の初期設定値の直線と細胞表皮のなす角θを算出する（ステップ１２２４、図１４（ｂ））。角度θが、閾値（４５°を初期設定値とする）より小さい場合、初期設定となるようにキャピラリ傾斜軸を移動する（ステップ１２２６、図１４（ｂ）で示す破線から実線へ）。次に、移動後、障害がないことを確認する（ステップ１２２８）。次に、注入動作を行う（ステップ１２３０、図１４（ｂ））。
【００９０】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００９１】
本発明は更に以下の事項を開示する。
【００９２】
（付記１）  微小物体内の所定の部位に注射針を挿入して当該注射針から所定の物質を前記所定の部位に注入する注入装置であって、前記注射針を前記微小物体に対して挿入可能な複数の方向の中で前記所定の部位を通過する長さが最も長い方向を挿入方向として決定する位置決め制御部と、前記注射針を前記挿入方向に沿って移動する移動手段とを有することを特徴とする注入装置。（１）
（付記２）  前記複数の方向は互いに平行であることを特徴とする付記１記載の注入装置。
【００９３】
（付記３）  前記位置決め制御部は、前記挿入方向に沿った前記所定の部位内の線分の中点を前記注射針の挿入位置として決定し、前記移動手段は前記挿入位置まで前記注射針を移動することを特徴とする付記１記載の注入装置。
【００９４】
（付記４）  前記微小物体に計測光を走査する光切断方法を用いて前記微小物体の形状を計測する計測手段を更に有することを特徴とする付記１記載の注入装置。
【００９５】
（付記５）  走査型共焦点光学系を使用して前記微小物体の形状を計測する計測手段を更に有することを特徴とする付記１記載の注入装置。
【００９６】
（付記６）  前記複数の方向は、前記微小物体の表面に対する法線となす角度の絶対値が所定の角度以下であることを特徴とする付記１記載の注入装置。
【００９７】
（付記７）  前記位置決め制御部は、前記微小物体が浮遊する液体の屈折率を考慮して前記挿入方向を決定することを特徴とする付記１記載の注入装置。
【００９８】
（付記８）  微小物体内の所定の部位に注射針を挿入して当該注射針から所定の物質を前記所定の部位に注入する注入装置であって、前記注射針を前記微小物体に対して挿入可能な複数の方向の中で、前記所定の部位を通過する長さが所定の長さ以上であり、かつ、前記微小物体の表面に対して最も垂直に近い方向を挿入方向として決定する位置決め制御部と、前記注射針を前記挿入方向に沿って移動する移動手段とを有することを特徴とする注入装置。（２）
（付記９）  前記微小物体は、前記所定の部位としての第１の部分と、当該第１の部分とは異なる前記第２の部分とを含み、前記所定の部位を通過する長さは、前記第１の部分が前記第２の部分の両側に存在する場合に前記両側における前記第１の部分の長さの長い方の長さ又は注射針に近い方の長さであることを特徴とする付記１又は８記載の注入装置。
【００９９】
（付記１０）  微小物体内の所定の部位に注射針を挿入して当該注射針から所定の物質を前記所定の部位に注入する注入装置であって、前記所定の部位に含まれる最大径を有する球の中心を前記注射針の前記微小物体内の挿入位置として決定する位置決め制御部と、前記注射針を前記挿入位置まで移動する移動手段とを有することを特徴とする注入装置。（３）
（付記１１）  前記位置決め制御部は、前記注射針が前記挿入位置に移動可能な方向の中で前記微小物体の表面となす角度が最も垂直に近い方向を挿入方向として決定し、前記移動手段は前記挿入方向に沿って前記注射針を移動することを特徴とする付記１０記載の注入装置。
【０１００】
（付記１２）  前記位置決め制御部は、前記注射針が前記挿入位置に移動可能な方向の中で、前記微小物体の投影面積が所定の面積よりも小さいものの中で前記挿入方向を選択することを特徴とする付記１１記載の注入装置。
【０１０１】
（付記１３）  前記微小物体は、前記所定の部位としての第１の部分と、当該第１の部分とは異なる前記第２の部分とを含み、前記複数の方向は前記第２の部分と交差する方向を含まないことを特徴とする付記１、７、１１及び１２のうちいずれか一項記載の注入装置。
【０１０２】
（付記１４）  前記微小物体を収納する容器を更に有し、前記移動手段及び前記容器の少なくとも一方は前記注射針と前記微小物体との位置及び姿勢を変化させる調節手段を有することを特徴とする付記１乃至１３のうちいずれか一項記載の注入装置。
【０１０３】
（付記１５）  微小物体内の所定の部位に注射針を挿入して当該注射針から所定の物質を前記所定の部位に注入する注入方法であって、前記注射針を前記微小物体に対して挿入可能な複数の方向の中から、当該挿入方向に沿った前記所定の部位の長さ、前記挿入方向が前記微小物体の表面となす角度、及び、前記微小物体の投影面積の少なくともいずれかに基づいて、一の方向を選択するステップを有することを特徴とする注入方法。（４）
（付記１６）  微小物体内の所定の部位に注射針を挿入して当該注射針から所定の物質を前記所定の部位に注入する注入方法であって、前記注射針の前記微小物体における挿入位置を、前記所定の部位に含まれる最大径を有する球の中心として決定するステップを有することを特徴とする注入方法。（５）
（付記１７）  物体に物質を注入する注入装置において、前記物体に挿入され、前記物体に物質を注入する注入手段と、前記注入手段を移動する移動手段と、前記物体を撮像する撮像手段と、撮像された前記物体の形状を判別し、前記判別された物体の形状に関する情報から前記注入手段を挿入する方向を決定する判別手段と、前記移動手段を制御して、前記判別手段により決定された挿入方向に前記注入手段を移動させる制御手段と、を備えたことを特徴とする注入装置。
【０１０４】
（付記１８）  前記判別手段は、前記物体を通過する線分の長さおよびその方向を判別し、前記線分に基づいて前記挿入方向を決定することを特徴とする付記１７に記載の注入装置。
【０１０５】
（付記１９）  前記判別手段は、前記物体を通過する複数の線分のうち、その長さが最も長い線分を判別し、前記長さが最も長い線分に沿って前記挿入方向を決定することを特徴とする付記１８に記載の注入装置。
【０１０６】
（付記２０）  前記判別手段は、前記物体の第一の部分と、前記第一の部分内部に存在する第二の部分との形状を判別し、判別された前記第一の部分及び前記第二の部分の形状に基づいて、前記挿入方向を決定することを特徴とする付記１７に記載の注入装置。
【０１０７】
（付記２１）  物質が注入された微小物体の製造方法において、前記微小物体を通過する線分の長さを判別するステップと、前記判別された線分長さに基づいて、前記微小物体に物質を注入する注入部を挿入する挿入方向を決定するステップと、前記挿入方向に沿って、前記注入部を前記微小物体に挿入するステップと、前記注入部から前記微小物体に物質を注入するステップと、を有することを特徴とする、微小物体の製造方法。
【０１０８】
（付記２２）  前記線分長さを判別するステップは、前記微小物体の形状を計測するステップと、前記計測された前記微小物体の形状に基づいて、前記微小物体を通過する線分の長さを判別するステップと、を備えることを特徴とする、付記２１記載の微小物体の製造方法。
【０１０９】
（付記２３）  前記挿入方向決定ステップは、長さが判別された複数の線分の中から、長さが最も長い線分を選択するステップと、前記選択された線分方向を前記挿入方向として決定するステップとを備えることを特徴とする、付記２１又は２２に記載の微小物体の製造方法。
【０１１０】
（付記２４）  物質が注入された微小物体の製造方法において、前記微小物体の所定位置を通過する線分のうち、前記微小物体の壁面と前記線分とのなす角度を判別するステップと、前記判別された角度に応じて、前記微小物体に物質を注入する注入部を挿入する挿入方向を決定するステップと、前記挿入方向に沿って、前記注入部を前記微小物体に挿入するステップと、前記注入部から前記微小物体に物質を注入するステップと、を有することを特徴とする、微小物体の製造方法。
【０１１１】
（付記２５）  前記角度を判別するステップは、複数の線分について、微小物体の壁面とのなす角度を判別するステップと、前記判別の結果、微小物体の壁面とのなす角度が最も直角に近い線分を決定するステップとを備え、前記挿入方向を決定するステップは、前記最も直角に近い線分に沿った方向を沿うにュ方向として決定すること、を特徴とする付記２４に記載の微小物体の製造方法。
【０１１２】
（付記２６）  物質が注入された微小物体の製造方法において、微小物体の第一の部分、および前記第一の部分内に存在する第二の部分の形状を判別するステップと、前記微小物体を通過する線分のうち、前記第二の部分を通過しない線分を判別するステップと、前記判別された線分に沿って、前記微小物体に物質を注入する注入部を前記微小物体に挿入するステップと、前記注入部から前記微小物体に物質を注入するステップと、を有することを特徴とする、微小物体の製造方法。
【０１１３】
（付記２７）  物質が注入された微小物体の製造方法において、微小物体の第一の部分、および前記第一の部分内に存在する第二の部分の形状を判別するステップと、前記微小物体を通過する線分のうち、前記第二の部分を通過する線分を判別するステップと、前記判別された線分に沿って、物質を注入する注入部を、前記第二の部分に挿入するステップと、前記注入部から前記第二の部分に物質を注入するステップと、を有することを特徴とする、微小物体の製造方法。
【０１１４】
（付記２８）  物質が注入された微小物体の製造方法において、微小物体の投影面積を判別するステップと、前記判別された投影面積に応じて、前記微小物体に物質を注入する注入部の前記微小物体への挿入方向を決定するステップと、前記挿入方向に沿って、前記注入部を前記微小物体に挿入するステップと、前記注入部から前記微小物体に物質を注入するステップと、を備えることと特徴とする、微小物体の製造方法。
【０１１５】
（付記２９）  前記投影面積は、複数の異なる方向について判別され、前記挿入方向決定ステップでは、もっとも投影面積が小さい方向に沿った方向を前記挿入方向として決定することを特徴とする、付記２８に記載の微小物体の製造方法。
【０１１６】
（付記３０）  物質が注入された微小物体の製造方法において、微小物体の形状を判別するステップと、前記判別された前記微小物体の形状に基づいて、前記微小物体に内接する立体の形状を判別するステップと、前記立体のうち、その差し渡しが最も大きい立体を決定するステップと、前記決定された立体に向けて、前記微小物体に物質を注入する注入部を挿入するステップと、前記注入部から前記微小物体に物質を注入するステップと、を有することを特徴とする、微小物体の製造方法。
【０１１７】
（付記３１）  前記微小物体の製造方法は、前記決定された立体の中心を決定するステップを更に有し、前記決定された立体の中心に向けて前記注入部を挿入することを特徴とする、付記３０に記載の微小物体の製造方法。
【０１１８】
（付記３２）  前記微小物体の製造方法において、前記立体は球であることを特徴とする、付記３０又は３１に記載の微小物体の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明の一実施例としての注入装置の概略断面図である。
【図２】図１に示す注入装置の動作を説明するための概略断面図である。
【図３】図２に示す細胞の挿入方向及び挿入位置を算出する原理を説明するための概略断面図である。
【図４】図３に示す挿入方向及び挿入位置を算出する動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】図５（ａ）は、図２に示す検出器及び主制御部が液体の屈折率を考慮して挿入方向及び挿入位置を算出する場合を示す概略断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す構成の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】図２に示す細胞の形状を計測するための光切断法を示す概略図である。
【図７】図２に示す細胞の形状を計測するための共焦点光学系を示す光路図である。
【図８】図２に示す細胞の所定の部位が細胞質である場合の挿入方向及び挿入位置を算出する原理を説明する概略断面図である。
【図９】図８に示す挿入方向及び挿入位置を算出する動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】細胞に挿入可能な方向と細胞表面の法線に対する角度差を考慮して図８に示す挿入方向及び挿入位置を修正する原理を説明する概略断面図である。
【図１１】図８に示す原理の変形例であり、挿入位置を決定してから挿入方向を決定する原理を説明する概略断面図である。
【図１２】細胞に挿入可能な方向と投影面積との関係から挿入方向を決定する原理を説明する概略断面図である。
【図１３】図１に示す注入装置を利用した注入動作を説明するための図である。
【図１４】図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、図１に示す注入装置を利用した注入動作を説明するための平面図及び断面図である。
【図１５】図１に示す注入装置を利用した注入動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２０】
１００              注入装置
１０２              シャーレ（容器）
１０６              微小針（キャピラリ）
１２１              計測器
１４０              制御系  
１４１              主制御部
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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