(57)【要約】【課題】細胞内物質の吸引作業を支援する細胞吸引システムであって、ターゲットとする一細胞に対して、吸引手段の位置をミクロンオーダーの精度で精密に制御可能とした細胞吸引システムを提供する。【解決手段】細胞内物質の吸引作業を支援する細胞吸引システムであって、容器１０２に収納された細胞内から前記物質を吸引する管状のチップ１０４を備えた吸引部１０３と、前記チップの先端部１０４Ｔに関する情報を獲得するための検出部Ａ１（Ａ）と、前記吸引部を３次元的に移動可能とする搬送部１０５と、を含み、前記検出部において得られた前記情報に基づき、前記搬送部が前記吸引部を移動して、該吸引部に付設された前記チップの先端部を、特定の一細胞内に誘導する。【選択図】図１
2016112012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞内物質の吸引作業を支援する細胞吸引システムであって、
容器に収納された細胞内から前記物質を吸引する管状のチップを備えた吸引部と、
前記チップの先端部に関する情報を獲得するための検出部と、
前記吸引部を３次元的に移動可能とする搬送部と、を含み、
前記検出部において得られた前記情報に基づき、前記搬送部が前記吸引部を移動して、該吸引部に付設された前記チップの先端部を、特定の一細胞内に誘導する、
ことを特徴とする細胞吸引システム。
【請求項２】
前記検出部が、対物レンズと結像レンズを含む顕微鏡からなる光入出力部、及び、前記対物レンズと前記結像レンズと結ぶ光路に対して、光学的な入力（発信）信号と出力（受信）信号を導入出可能に構成された信号処理部、を含み、
前記対物レンズと前記結像レンズと結ぶ光路を外挿した方向と、前記チップの先端部を含む長手方向とが、平行な位置関係を保つように、前記吸引部と前記光入出力部は互いに構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の細胞吸引システム。
【請求項３】
前記信号処理部の光学的な入力（発信）信号と出力（受信）信号が何れも、前記結像レンズを通して、前記対物レンズと前記結像レンズとを結ぶ光路に導入出され、さらに前記容器を通過して、前記チップの先端部に至るように、該信号処理部が配置されている、ことを特徴とする請求項２に記載の細胞吸引システム。
【請求項４】
前記信号処理部の出力（受信）信号が、前記チップの先端部に関する画像情報である、ことを特徴とする請求項３に記載の細胞吸引システム。
【請求項５】
前記信号処理部からの光学的な入力（発信）信号と出力（受信）信号が何れも、前記対物レンズと前記結像レンズと結ぶ光路の間に導入出され、さらに前記容器を通過して、前記チップの先端部に至るように、該信号処理部が配置されている、ことを特徴とする請求項２に記載の細胞吸引システム。
【請求項６】
前記信号処理部の出力（受信）信号が、前記チップの先端部に関する反射情報である、ことを特徴とする請求項５に記載の細胞吸引システム。
【請求項７】
前記信号処理部を構成する受光部が、共焦点光学方式である、ことを特徴とする請求項６に記載の細胞吸引システム。
【請求項８】
前記信号処理部を構成する受光部が、非点収差方式である、ことを特徴とする請求項６に記載の細胞吸引システム。
【請求項９】
前記信号処理部を構成する受光部が、ナイフエッジ方式である、ことを特徴とする請求項６に記載の細胞吸引システム。
【請求項１０】
前記信号処理部を構成する受光部が、画像コントラスト方式である、ことを特徴とする請求項６に記載の細胞吸引システム。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の細胞吸引システムを用い、細胞内物質の吸引作業を行う方法であって、
検出部において得られた情報に基づき、搬送部が吸引部を移動して、該吸引部に付設されたチップの先端部を、特定の一細胞内に誘導する工程を含む、
ことを特徴とする細胞内物質の吸引作業を行う方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞内物質の吸引作業を支援する細胞吸引システム及びこれを用いた細胞内物質の吸引作業を行う方法に係り、特に、ターゲットとする一細胞に対して、吸引手段の位置を精密に制御可能とした、細胞吸引システム及びこれを用いた細胞内物質の吸引作業を行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生物の基本構成要素である細胞に対して、薬の候補となる化合物を与え、細胞に起こる変化を画像処理により解析し、化合物の薬効および副作用を試験する創薬支援装置の開発が進められている。
このような創薬支援装置においては、化合物に対して、著しく特異な変化を示す細胞を選び出し、細胞内の物質を抽出して、その物質を質量分析装置にかけて、精密に解析する必要がある。
【０００３】
たとえば、升島らが開発した一細胞質量分析法が挙げられる（特許文献１）。この発明は、細胞の変化を顕微鏡の画像で追跡しながら、解析したい細胞内の小器官などの物質を独自のナノスプレーチップ（ガラス製細管）で吸引し、その物質を質量分析して、分子変化を網羅的に解析する手法である。
特許文献１の手法では、細胞を一個づつ目視にて確認しながら、分析したいターゲットの細胞を決定し、その内部小器官を吸引する作業が必要とされており、大量の細胞を処理するのには不向きであった。その際、吸引チップの先端は、ユーザーが目視により見つける必要があり、作業効率の改善が求められていた。
【０００４】
また、イメージングによって特定の細胞を選択し、この選択した細胞を吸引することにより、次工程に進めて、培養する手法が公知である（特許文献２）。
特許文献２の手法は、細胞単位の吸引、または複数の細胞塊を吸引するものである。この目的からも明らかなように、特許文献２に開示された吸引チップの位置精度は十数μｍのレベルである。したがって、特許文献２の位置精度では、所望の細胞内の物質を正確に捉えることは極めて困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５３１７９８３号公報
【特許文献２】特表２０１０−５０４０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、細胞内物質の吸引作業を支援する細胞吸引システムであって、ターゲットとする一細胞に対して、吸引手段の位置を精密に制御可能とした、細胞吸引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】
本発明の請求項１に記載の細胞吸引システムは、細胞内物質の吸引作業を支援する細胞吸引システムであって、容器に収納された細胞内から前記物質を吸引する管状のチップを備えた吸引部と、前記チップの先端部に関する情報を獲得するための検出部と、前記吸引部を３次元的に移動可能とする搬送部と、を含み、前記検出部において得られた前記情報に基づき、前記搬送部が前記吸引部を移動して、該吸引部に付設された前記チップの先端部を、特定の一細胞内に誘導する、ことを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の細胞吸引システムは、請求項１において、前記検出部が、対物レンズと結像レンズを含む顕微鏡からなる光入出力部、及び、前記対物レンズと前記結像レンズと結ぶ光路に対して、光学的な入力（発信）信号と出力（受信）信号を導入出可能に構成された信号処理部、を含み、前記対物レンズと前記結像レンズと結ぶ光路を外挿した方向と、前記チップの先端部を含む長手方向とが、平行な位置関係を保つように、前記吸引部と前記光入出力部は互いに構成されている、ことを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項３に記載の細胞吸引システムは、請求項２において、前記信号処理部の光学的な入力（発信）信号と出力（受信）信号が何れも、前記結像レンズを通して、前記対物レンズと前記結像レンズとを結ぶ光路に導入出され、さらに前記容器を通過して、前記チップの先端部に至るように、該信号処理部が配置されている、ことを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の細胞吸引システムは、請求項３において、前記信号処理部の出力（受信）信号が、前記チップの先端部に関する画像情報（画像コントラストの写真）である、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項５に記載の細胞吸引システムは、請求項２において、前記信号処理部からの光学的な入力（発信）信号と出力（受信）信号が何れも、前記対物レンズと前記結像レンズと結ぶ光路の間に導入出され、さらに前記容器を通過して、前記チップの先端部に至るように、該信号処理部が配置されている、ことを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の細胞吸引システムは、請求項５において、前記信号処理部の出力（受信）信号が、前記チップの先端部に関する反射情報（光量）である、ことを特徴とする。
本発明の請求項７に記載の細胞吸引システムは、請求項６において、前記信号処理部を構成する受光部が、共焦点光学方式である、ことを特徴とする。
本発明の請求項８に記載の細胞吸引システムは、請求項６において、前記信号処理部を構成する受光部が、非点収差方式である、ことを特徴とする。
本発明の請求項９に記載の細胞吸引システムは、請求項６において、前記信号処理部を構成する受光部が、ナイフエッジ方式である、ことを特徴とする。
本発明の請求項１０に記載の細胞吸引システムは、請求項６において、前記信号処理部を構成する受光部が、画像コントラスト方式である、ことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項１１に記載の細胞内物質の吸引作業を行う方法は、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の細胞吸引システムを用い、細胞内物質の吸引作業を行う方法であって、検出部において得られた情報に基づき、搬送部が吸引部を移動して、該吸引部に付設されたチップの先端部を、特定の一細胞内に誘導する工程を含む、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の細胞吸引システムは、容器に収納された細胞内から前記物質を吸引する管状のチップを備えた吸引部と、前記チップの先端部に関する情報を獲得するための検出部と、前記吸引部を３次元的に移動可能とする搬送部と、を含む。そして、前記検出部において得られた前記情報に基づき、前記搬送部が前記吸引部を移動して、該吸引部に付設された前記チップの先端部を、特定の一細胞内に誘導する構成を有する。これにより、作業者の目視に頼ることなく、ターゲットとする一細胞に対して、吸引手段の位置を精密に制御可能とした、細胞吸引システムの提供が可能となる。本発明によれば、細胞内の物質を吸引するための吸引チップの先端位置、特に高さ方向の位置をミクロンオーダーの精度で検出することが可能となるので、ターゲットとする一細胞に応じた、柔軟性の高い細胞吸引システムが構築できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る細胞吸引システムの構成例を示す図。
【図２】チップ位置測定の原理を示す図。
【図３】図１及び図２に基づき観測される画像とチップ位置との関係を示す図。
【図４】本発明に係る細胞吸引システムの他の構成例を示す図。
【図５】図４に基づき観測される反射光の受光光量とチップ位置との関係を示す図。
【図６】本発明に係る細胞吸引システムの他の構成例を示す図。
【図７】図６に基づき観測される反射光の受光光量とチップ位置との関係を示す図。
【図８】本発明に係る細胞吸引システムの他の構成例を示す図。
【図９】図８の細胞吸引システムによる動作を説明するフローチャート。
【図１０】図９の一部ステップ（チップの先端位置測定）を説明するフローチャート。
【図１１】図８〜図１０に基づき観測される画像とチップ位置との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明に係る細胞吸引システム及び細胞内物質の吸引作業を行う方法について、図面に基づいて説明する。
【００１４】
＜第一実施形態＞：信号処理部を構成する受光部が「共焦点光学方式」
図１は、本発明に係る細胞吸引システムの構成例を示す図である。
図１に示す細胞吸引システムは、細胞内物質の吸引作業を支援するものである。ただし、本発明は、必要に応じて、１個の細胞あるいは多数個の細胞を吸引する細胞吸引システムに適用しても構わない。
【００１５】
図１に示す細胞吸引システムは、容器（試料保持器）１０２には細胞（試料）と培養液が収納されており、この容器（試料保持器）１０２に収納された細胞（試料）１０２ａ内から細胞内物質（○印）を吸引する先端が管状のチップ（吸引チップとも呼ぶ）１０４を備えた吸引部１０３と、チップ１０４の先端部１０４Ｔに関する情報を獲得するための検出部Ａ１（Ａ）と、吸引部１０３を３次元的に移動可能とする搬送部１０５と、を含み、検出部Ａ１（Ａ）において得られた前記情報に基づき、搬送部１０５が吸引部１０３を移動して、吸引部１０３に付設されたチップ１０４の先端部１０４Ｔを、特定の一細胞内に誘導する。
【００１６】
上記構成において、検出部Ａ１（Ａ）は、対物レンズ１０１ａと結像レンズ１０１ｂを含む顕微鏡１０１からなる光入出力部α１（α）、及び、対物レンズ１０１ａと結像レンズ１０１ｂと結ぶ光路に対して、光学的な入力（発信）信号［点線矢印］と出力（受信）信号［実線矢印］を導入出可能に構成された信号処理部β１（β）、を含んでいる。ここで、点線矢印は「細胞を照らす光線」であり、実線矢印は「細胞から反射した光線」を表わしている。
【００１７】
また、上記構成においては、対物レンズ１０１ａと結像レンズ１０１ｂと結ぶ光路を外挿した方向と、チップ１０４の先端部１０４Ｔを含む長手方向とが、平行な位置関係を保つように、吸引部１０３と光入出力部α１（α）は互いに構成されている。
すなわち、上記構成とした細胞吸引システムでは、前記信号処理部β１（β）の光学的な入力（発信）信号［点線矢印］と出力（受信）信号［実線矢印］が何れも、結像レンズ１０１ｂを通して、対物レンズ１０１ａと結像レンズ１０１ｂとを結ぶ光路に導入出され、さらに容器（試料保持器）１０２を通過して、前記チップ１０４の先端部１０４Ｔに至るように、該信号処理部β１（β）が配置されている。これにより、前記信号処理部β１（β）の出力（受信）信号が、チップ１０４の先端部１０４Ｔに関する画像情報（画像コントラストの写真）として得られる。
【００１８】
上記構成においては、顕微鏡１０１の光軸延長上となる位置に、容器（試料保持器）１０２が配置されており、前記顕微鏡１０１に共焦点スキャナ１１０とカメラ１２０を設けることにより、共焦点顕微鏡システムを成している。
ここで、共焦点スキャナ１１０は、同軸（一点鎖線）にて回転可能とされた２つのアレイディスク（ピンホールアレイディスク１１０ａ、マイクロレンズアレイディスク１１０ｂ）、ダイクロイックミラー１１０ｃ、バンドパスフィルタ１１０ｄ、及び、リレーレンズ１１０ｅ、から構成されている。
【００１９】
吸引器（ディスペンサ）１０３の先端にチップ１０４を装着した状態で、吸引器１０３は搬送部１０５によって、図示したＸＹＺの３方向に移動可能とされている。ディスペンサ１０３は、特に限定されるものではなく、市販タイプのもので構わない。ディスペンサ１０３の上下動作（Ｚ方向の動作）、カメラの画像処理、顕微鏡の制御などは、信号処理部１０７によって行われる。
【００２０】
また、チップ１０４を照明する光源１０１ｃは、必要に応じて、顕微鏡に設けることが好ましい。この光源１０１ｃは、チップ１０４の照明［光学的な入力（発信）信号（点線矢印で示す）］と同時に、試料の明視野像を取得する際の光源として使用される。
光源１０１ｃを設けることにより、チップ１０４の先端部１０４Ｔが光る状態（反射狭量が大きくなる状態）を、さらに強調できるので視認性を向上することができる。
【００２１】
光源１０１ｃとする照明の種類や配置は自由に設定することできる。その中でも、チップ１０４の先端部１０４Ｔの側面周囲に沿って、チップ１０４を取り囲むように、光源１０１ｃを配置する構成が好ましい。たとえば、ＬＥＤを複数配列したリング状の照明が、上述した光源１０１ｃとして最も望ましい。これにより、後述する写真（図３）において、チップ１０４の先端部１０４Ｔに焦点が一致した際に得られる、反射光のリング・パターンを明瞭に確認することができる。
【００２２】
図２は、チップ位置測定の原理を示す図である。図３は、図１及び図２に基づき観測される画像とチップ位置との関係を示す図である。
以下では、図２及び図３を用いて、吸引チップ１０４の先端部１０４Ｔの検出原理（検出方法）について説明する。
【００２３】
（Ａ１）図２に示すように、対物レンズ１０１ａをできるだけ容器（試料保持器）１０２に接近する高さに配置する。
（Ａ２）たとえば、リング状の照明からなる光源１０１ｃを用いて、吸引チップ１０４の先端部１０４Ｔを照明し、先端部１０４Ｔの像を共焦点顕微鏡システムで取得する。
（Ａ３）吸引チップ１０４を上下方向（図１、２におけるＺ方向）に移動しながら、共焦点画像を取得すると、コントラストの異なるチップの像が得られる［図２（ａ）〜図２（ｃ）］。
（Ａ４）上記（Ａ３）の操作により、吸引チップ１０４の先端部１０４Ｔが、対物レンズ１０１ａの焦点に位置した時、最も高いコントラストの像が得られる［図３（ｃ）］。画像のコントラストから、吸引チップ１０４の先端部１０４Ｔを割り出す。
【００２４】
上述した第一実施形態によれば、以下の作用・効果が得られる。
第一には、吸引チップ１０４の先端部１０４Ｔの検出に共焦点系を用いることにより、先端部１０４Ｔの位置を共焦点の分解能に近い値、すなわちミクロンオーダーで得ることができる。
第二には、光源１０１ｃとしてリング状の照明を用いることにより、吸引チップ１０４の上下移動がスムーズになり、装置の低コスト化が図れる。
第三には、マイクロレンズ付きのピンホールアレイディスクを有する共焦点顕微鏡を用い、画像を取得する構成としたことにより、高速検出が可能である。
【００２５】
＜第二実施形態＞：信号処理部を構成する受光部が「共焦点光学方式」
図４は、本発明に係る細胞吸引システムの他の構成例を示す図である。
図４に示す細胞吸引システムは、細胞内物質の吸引作業を支援するものである。ただし、本発明は、必要に応じて、１個の細胞あるいは多数個の細胞を吸引する細胞吸引システムに適用しても構わない。
【００２６】
図４に示す細胞吸引システムは、容器（試料保持器）４０２には細胞（試料）と培養液が収納されており、この容器（試料保持器）４０２に収納された細胞（試料）４０２ａ内から細胞内物質（○印）を吸引する先端が管状のチップ（吸引チップとも呼ぶ）４０４を備えた吸引部４０３と、チップ４０４の先端部４０４Ｔに関する情報を獲得するための検出部Ａ４（Ａ）と、吸引部４０３を３次元的に移動可能とする搬送部４０５と、を含み、検出部Ａ４（Ａ）において得られた前記情報に基づき、搬送部４０５が吸引部４０３を移動して、吸引部４０３に付設されたチップ４０４の先端部４０４Ｔを、特定の一細胞内に誘導する。
【００２７】
上記構成において、検出部Ａ４（Ａ）は、対物レンズ４０１ａと結像レンズ４０１ｂを含む顕微鏡４０１からなる光入出力部α４（α）、及び、対物レンズ４０１ａと結像レンズ４０１ｂと結ぶ光路の間（途中）に対して、光学的な入力（発信）信号［実線矢印Ａ］と出力（受信）信号［実線矢印Ｂ］を導入出可能に構成された信号処理部β４（β）、を含んでいる。この他に、点線矢印Ｃ、Ｄ（４００）は各々、「細胞を照らす光線」と「細胞から反射した光線」を表わしている。
【００２８】
すなわち、図４の構成では、信号処理部β４（β）からの光学的な入力（発信）信号［実線矢印Ａ］と出力（受信）信号［実線矢印Ｂ］が何れも、前記対物レンズ４０１ａと前記結像レンズ４０１ｂと結ぶ光路の間（途中）に導入出され、さらに前記容器（試料保持器）４０２を通過して、前記チップ４０４の先端部４０４Ｔに至るように、該信号処理部が配置されている、ことを特徴とする。
【００２９】
また、上記構成においては、対物レンズ４０１ａと結像レンズ４０１ｂと結ぶ光路を外挿した方向と、チップ４０４の先端部４０４Ｔを含む長手方向とが、平行な位置関係を保つように、吸引部４０３と光入出力部α４（α）は互いに構成されている。
【００３０】
つまり、上記構成とした細胞吸引システムでは、前記信号処理部β４（β）の光学的な入力（発信）信号［実線矢印Ａ］と出力（受信）信号［実線矢印Ｂ］が何れも、対物レンズ４０１ａと結像レンズ４０１ｂとを結ぶ光路の間（途中）に導入出され、さらに容器（試料保持器）４０２を通過して、前記チップ４０４の先端部４０４Ｔに至るように、該信号処理部β４（β）が配置されている。これにより、前記信号処理部β４（β）の出力（受信）信号［実線矢印Ｂ］が、チップ４０４の先端部４０４Ｔに関する情報として得られる。
【００３１】
以下では、前記信号処理部β４（β）が、前記チップ４０４の先端部４０４Ｔを検出する手段（チップ検出部）として機能する点について詳述する。
上記構成においては、光源４０６ａはレンズ４０６ｃの焦点に設置されており、光源４０６ａから出射されたレーザ光４０６ｂ（実線矢印Ａ）は、レンズ４０６ｃにて平行光にコリメートされる。このコリメートされた平行光は、照射光として、ミラー４０６ｄ、ビームスプリッタ４０６ｅを通って、顕微鏡４０１を構成する、対物レンズ４０１ａと結像レンズ４０１ｂとを結ぶ光路の間（途中）に入射される。そして、顕微鏡４０１内のダイクロイックミラー４０１ｃで反射され、対物レンズ４０１ａを介して、吸引チップ４０４の先端部４０４Ｔを照射する。
【００３２】
吸引チップ４０４の先端部４０４Ｔに達した照明光は先端部４０４Ｔによって反射され、照明光と逆方向を辿る。この反射光４０６ｆ（実線矢印Ｂ）は対物レンズ４０１ａで集められ、ダイクロイックミラー４０１ｃで反射され、顕微鏡４０１から出射されて、チップ検出部として機能する信号処理部β４（β）に戻る。信号処理部β４（β）に戻った反射光４０６ｆ（実線矢印Ｂ）は、ビームスプリッタ４０６ｅを通過し、集光レンズ４０６ｇで受光センサ４０６ｉに集められる。集光レンズ４０６ｇの焦点位置にピンホール４０６ｈを設けて、対物レンズ４０１ａの焦点にある光のみを透過させることにより、共焦点光学系を成す。たとえば、波長７８０ｎｍのレーザダイオードからなる光源４０６ａと、分光特性が波長７５０ｎｍ以上を反射し、それ以下の可視光を透過するダイクロイック４０１ｃとを選択した場合には、ビームスプリッタ４０６ｅとして透過対反射が５０：５０のハーフミラーを用いればよい。
【００３３】
吸引器（ディスペンサ）４０３の先端にチップ４０４を装着した状態で、吸引器４０３は搬送部４０５によって、図示したＸＹＺの３方向に移動可能とされている。ディスペンサ４０３は、特に限定されるものではなく、市販タイプのもので構わない。ディスペンサ４０３の上下動作（Ｚ方向の動作）、カメラの画像処理、顕微鏡の制御などは、信号処理部４０７によって行われる。
【００３４】
図５は、チップ位置測定の原理を示す図であり、図５（ａ）は観測される反射光の受光光量、図５（ｂ）〜図５（ｄ）は観測される反射光の受光光量とチップ位置との関係を示す図である。
以下では、図５を用いて、吸引チップ４０４の先端部４０４Ｔの検出原理（検出方法）について説明する。
【００３５】
（Ｂ１）図５に示すように、対物レンズ４０１ａをできるだけ容器（試料保持器）４０２に接近する高さに配置する。
（Ｂ２）照明光４０６ｂを用いて、吸引チップ４０４の先端部４０４Ｔを照明し、先端部４０４Ｔからの反射光４０６ｆを受光素子で受ける。
（Ｂ３）吸引チップ４０４（の先端部４０４Ｔ）はガラス製であるため、光の反射率が極めて高いので、反射光を用いる検出は有効である。
【００３６】
（Ｂ４）受光系にピンホール４０６ｈを設けて、対物レンズ４０１ａと共焦点光学系の関係とする。この構成により、対物レンズ４０１ａの焦点にある光のみが受光される。
（Ｂ５）このような共焦点配置とした上で、吸引チップ４０４を上下方向（図４、５におけるＺ方向）に移動させる［図５（ｂ）〜図５（ｄ）］と、受光する反射光の強さ（反射光の受光光量）が変化する［図５（ａ）］。
（Ｂ６）上記（Ｂ５）の操作により、吸引チップ４０４の先端部４０４Ｔが、対物レンズ４０１ａの焦点に位置した時、反射光のほぼ全てがピンホール４０６ｈを通過し、受光センサ４０６ｉに到達する。この時、最も高い受光光量が得られる［図５（ａ）］。受光センサ４０６ｉの最大値から、吸引チップ４０４の先端部４０４Ｔを割り出す。
【００３７】
（Ｂ７）吸引器（ディスペンサ）４０３の上下動作、受光センサ４０６ｉの信号処理は、制御及び信号処理部４０７で行う。
（Ｂ８）吸引チップ４０４の先端部４０４Ｔが中空形状であることを考慮して、実際の設計では、照明光源をピンホール４０６ｈとの共役位置から一定量前後の位置にずらして設置するとよい。このような配置を採用することにより、照明光をわずかに拡散させて、吸引チップ４０４の先端部４０４Ｔを有効に照明できる。
【００３８】
上述した第二実施形態では、細胞内物質を吸引するチップの先端位置を、吸引チップ４０４の先端部４０４Ｔからの反射光を利用して、吸引チップ４０４を上下する駆動系と、反射光を受光する共焦点光学系という簡易な構成で検出系を実現したことにより、以下の作用・効果が得られる。
第一には、吸引チップ４０４の先端部４０４Ｔの検出に共焦点系を用いることにより、先端部４０４Ｔの位置を共焦点の分解能に近い値、すなわちミクロンオーダーで得ることができる。
第二には、自動検出であるため、熟練した作業者を不要とし、スループットが向上する。すなわち、高精度な長時間稼働が可能なシステムが得られる。
第三には、高精度な位置検出であるため、狙った細胞内部位を確実に吸引できる。
【００３９】
＜第三実施形態＞：信号処理部を構成する受光部が「非点収差方式」
図６は、本発明に係る細胞吸引システムの他の構成例を示す図である。
図６に示す細胞吸引システムは、細胞内物質の吸引作業を支援するものである。ただし、本発明は、必要に応じて、１個の細胞あるいは多数個の細胞を吸引する細胞吸引システムに適用しても構わない。
【００４０】
第三実施形態（図６）は、受光部を非点収差方式としたものであり、前述した第二実施形態（図４）における集光レンズの代りにシリンドリカルレンズ６０６ｇＡを用いる。第二実施形態（図４）におけるピンホール４０６ｈを不要とする。受光センサ６０６ｉＡとして、４分割ＰＤ（フォトダイオード）を使用する。
その他の構成については、第二実施形態（図４）と同様である。ただし、第二実施形態（図４）と区別するため、各構成を示す符号のみ、６００番台とした。
【００４１】
図７は、チップ位置測定の原理を示す図であり、図７（ａ）は観測される反射光の受光光量、図７（ｂ）〜図７（ｄ）は観測される反射光の受光光量とチップ位置との関係を示す図である。
以下では、図７（受光部を非点収差方式とした場合）に用いて、吸引チップ６０４の先端部６０４Ｔの検出原理（検出方法）について説明する。
【００４２】
図７の構成において、吸引チップ６０４を上下に移動した場合［図７（ｂ）〜図７（ｄ）］、受光光の信号（反射光の受光光量）の特徴として、最大（正）と最小（負）の間にゼロクロス点が存在することが挙げられる。このゼロクロス点は、吸引チップ６０４の先端部６０４Ｔが、対物レンズ６０１ａの焦点に位置する条件を満たす時に現れる。
ゆえに、第三実施形態（図６）の構成においては、このゼロクロス点の情報を利用することにより、極めて正確な位置情報（特に高さ方向の距離Ｚ）を安定して獲得することができる。
【００４３】
＜第四実施形態＞：信号処理部を構成する受光部が「ナイフエッジ方式」
第四実施形態は、受光部をナイフエッジ方式としたものであり、前述した第二実施形態（図４）の変形例に相当する。すなわち、第四実施形態では、受光部をナイフエッジ方式とする。その他の構成については、第二実施形態（図４）と同様である。
この方式では、第二実施形態（図４）におけるピンホール４０６ｈの代りに、ナイフエッジを設ける。その際、集光レンズ４０６ｇの焦点面に、ナイフエッジを配置する。この構成によれば、前述した第二実施形態とほぼ同様の反射光信号を得ることができる。
ゆえに、第四実施形態においても、第二実施形態と同様の作用・効果をもたらす、細胞吸引システムを提供することが可能である。
【００４４】
＜第五実施形態＞：信号処理部を構成する受光部が「画像コントラスト方式」
第五実施形態は、受光部を画像コントラスト方式としたものであり、前述した第二実施形態（図４）の変形例に相当する。この方式では、第二実施形態（図４）におけるピンホール４０６ｈと、受光センサ６０６ｉＡとして機能するフォトダイオードとの代りに、２次元のカメラを配置する。カメラを用いて、チップの先端部の画像からなる情報を取得して、画像のコントラストが最高になる場所を、チップの先端部の位置とする。
この構成によっても、前述した第二実施形態とほぼ同様に、チップの先端部の位置情報を得ることができる。
ゆえに、第五実施形態においても、第二実施形態と同様の作用・効果をもたらす、細胞吸引システムを提供することが可能である。
【００４５】
＜第六実施形態＞：先端部の位置測定における高精度化（第一実施形態の改良版）
図８は、本発明に係る細胞吸引システムの他の構成例を示す図である。
図８に示す細胞吸引システムは、図１の細胞吸引システムと同様に、細胞内物質の吸引作業を支援するものであり、図１の細胞吸引システム（第一実施形態）の改良版に相当する。ただし、本発明は、必要に応じて、１個の細胞あるいは多数個の細胞を吸引する細胞吸引システムに適用しても構わない。
【００４６】
図１に示した細胞吸引システムでは、先端部１０４Ｔの位置を測定する際に、リング状の照明からなる光源１０１ｃを用いて先端部１０４Ｔの像を取得する。たとえば、その画像の一例が図３の写真である。
図３から明らかなように、図１の細胞吸引システムであっても、実使用に耐えるレベルでは、先端部１０４Ｔの位置精度は確保できる。しかしながら、図３において両端の画像［写真（ａ）と写真（ｅ）］で示されるように、対物レンズ１０１ａの焦点から先端部１０４Ｔが離れていても画像上にぼやけて写り込んでしまうため、先端位置の測定精度が低下する傾向があった。
このような課題を解決するため工夫を施したものが、以下に詳述する細胞吸引システム（図８）である。図３に比較して、先端部の位置をより高精度に測定（判別）可能とすることを目的とする。
【００４７】
図８の細胞吸引システムは、上述した図１の主な構成をベースにしている。図８の細胞吸引システムは、図１の構成に加えて、フィルタホイール８１０ｆと、リング状照明８０１ｃ及び共焦点観察用光源８３０の点灯状態を制御する光源制御部８０８と、制御及び信号処理部８０７内のメモリ８０７ａとを備えている点が、図１の細胞吸引システムと相違している。ここで、フィルタホイール８１０ｅは、複数のバンドパスフィルタ８１０ｄが装着可能に構成されており、装着箇所のうちの一箇所８１０ｄｎは、バンドパスフィルタが装着されず、「スルー位置」として機能する。
なお、以下の説明を明瞭にするため、図１における１００番台の符号は、図８においては８００番台に変更して表示するが、下二桁が同じ番号のものは、図１と図８において基本的に同じ構成物を意味する。
【００４８】
図８に示す細胞吸引システムは、容器（試料保持器）８０２には細胞（試料）と培養液が収納されており、この容器（試料保持器）８０２に収納された細胞（試料）８０２ａ内から細胞内物質（○印）を吸引する先端が管状のチップ（吸引チップとも呼ぶ）８０４を備えた吸引部８０３と、チップ８０４の先端部８０４Ｔに関する情報を獲得するための検出部Ａ８（Ａ）と、吸引部８０３を３次元的に移動可能とする搬送部８０５と、を含み、検出部Ａ８（Ａ）において得られた前記情報に基づき、搬送部８０５が吸引部８０３を移動して、吸引部８０３に付設されたチップ８０４の先端部８０４Ｔを、特定の一細胞内に誘導する。
【００４９】
上記構成において、検出部Ａ８（Ａ）は、対物レンズ８０１ａと結像レンズ８０１ｂを含む顕微鏡８０１からなる光入出力部α８（α）、及び、対物レンズ８０１ａと結像レンズ８０１ｂと結ぶ光路に対して、光学的な入力（発信）信号［点線矢印］と出力（受信）信号［実線矢印］を導入出可能に構成された信号処理部β８（β）、を含んでいる。ここで、点線矢印は「細胞を照らす光線」であり、実線矢印は「細胞から反射した光線」を表わしている。
【００５０】
また、上記構成においては、対物レンズ８０１ａと結像レンズ８０１ｂと結ぶ光路を外挿した方向と、チップ８０４の先端部８０４Ｔを含む長手方向とが、平行な位置関係を保つように、吸引部８０３と光入出力部α８（α）は互いに構成されている。
すなわち、上記構成とした細胞吸引システムでは、前記信号処理部β８（β）の光学的な入力（発信）信号［点線矢印］と出力（受信）信号［実線矢印］が何れも、結像レンズ８０１ｂを通して、対物レンズ８０１ａと結像レンズ８０１ｂとを結ぶ光路に導入出され、さらに容器（試料保持器）８０２を通過して、前記チップ８０４の先端部８０４Ｔに至るように、該信号処理部β８（β）が配置されている。これにより、前記信号処理部β８（β）の出力（受信）信号が、チップ８０４の先端部８０４Ｔに関する画像情報（画像コントラストの写真）として得られる。
【００５１】
上記構成においては、顕微鏡８０１の光軸延長上となる位置に、容器（試料保持器）８０２が配置されており、前記顕微鏡８０１に共焦点スキャナ８１０とカメラ８２０を設けることにより、共焦点顕微鏡システムを成している。
ここで、共焦点スキャナ８１０は、同軸（一点鎖線）にて回転可能とされた２つのアレイディスク（ピンホールアレイディスク８１０ａ、マイクロレンズアレイディスク８１０ｂ）、ダイクロイックミラー８１０ｃ、バンドパスフィルタ８１０ｄ、及び、フィルタホイール８１０ｅ、から構成されている。
【００５２】
特に、第六実施形態では、第一実施形態における単一のバンドパスフィルタ１１０ｄに代えて、フィルタホイール８１０ｆを用いる点が、第一実施形態と相違する。第六実施形態におけるフィルタホイール８１０ｆは、複数のバンドパスフィルタ８１０ｄが装着可能に構成されている。また、フィルタホイール８１０ｆにおいて、バンドパスフィルタ８１０ｄが装着可能とされる箇所のうちの一箇所８１０ｄｎは、バンドパスフィルタが装着されず、空孔（空隙）を成しており、いわゆる「スルー位置」として機能する。
【００５３】
吸引器（ディスペンサ）８０３の先端にチップ８０４を装着した状態で、吸引器８０３は搬送部８０５によって、図示したＸＹＺの３方向に移動可能とされている。ディスペンサ８０３は、特に限定されるものではなく、市販タイプのもので構わない。ディスペンサ８０３の上下動作（Ｚ方向の動作）、カメラの画像処理、顕微鏡の制御などは、信号処理部８０７によって行われる。
【００５４】
第六実施形態では、試料の明視野像を取得する際の光源８０１ｃを備えるが、第一実施形態と異なり、チップ８０４の先端部８０４Ｔの先端位置測定では光源８０１ｃは使用されず、代わりに共焦点観察用光源８３０からの照明光によって先端部８０４を照明する。
先端部８０４Ｔで反射された照明光は、ピンホールアレイディスク８１０ａ上のピンホールを通過し、ダイクロイックミラー８１０ｃで一部が反射され、フィルタホイール８１０ｆのスルー位置８１０ｄｎを通過してリレーレンズ８１０ｅによってカメラ８２０に結像する。すなわち、カメラ８２０では先端部８０４Ｔの共焦点像が撮影される。
この共焦点像は、ピンホールアレイディスク８１０ａ上のピンホールによって、対物レンズ８０１ａの焦点面以外の光が除去されているため、後述する写真（図１１）に示されるように、ボケの無いシャープな光学断層像となっており、チップ８０４の先端部８０４Ｔの視認性が向上する。第六実施形態は、この視認性が向上した画像を基に先端検出測定を行うことで、第一実施形態と比較して、先端部の位置をより高精度に測定可能となる。
【００５５】
第六実施形態では、チップ８０４を照明する光源８０１ｃを、顕微鏡に必ず設ける。この光源８０１ｃは、チップ８０４の照明［光学的な入力（発信）信号（点線矢印で示す）］と同時に、試料の明視野像を取得する際の光源として使用される。
光源８０１ｃを設けることにより、チップ８０４の先端部８０４Ｔが光る状態（反射狭量が大きくなる状態）を、さらに強調できるので視認性を向上することができる。
特に、第六実施形態では、チップ８０４の先端部８０４Ｔの側面周囲に沿って、チップ８０４を取り囲むように、光源８０１ｃを配置するため、光源８０１ｃとしてＬＥＤを複数配列したリング状の照明を採用した。これにより、後述する写真（図１１）において、チップ８０４の先端部８０４Ｔに焦点が一致した際に得られる、反射光のリング・パターンを明瞭に確認することができる。
【００５６】
図９は、図８の細胞吸引システムによる動作を説明するフローチャートであり、図１０は、図９の一部ステップ（チップの先端位置測定）を説明するフローチャートである。図１１は、図８〜図１０に基づき観測される画像とチップ位置との関係を示す図である。
以下では、図９及び図１０を用いて、吸引チップ８０４の先端部８０４Ｔの検出原理（検出方法）について説明する。
【００５７】
（Ｃ１）使用者は細胞の入った容器（試料保持器）８０２を装置にセットする（Ｓ９ａ２）。
（Ｃ２）使用者は吸引したい細胞の解析特徴量の条件をシステムに設定し、吸引開始をシステムに指示する（Ｓ９ａ２）。
（Ｃ３）システムは試料の画像を取得し、画像を解析する（Ｓ９ａ３）。この解析結果に基づき、個々の細胞の特徴量を算出する（Ｓ９ａ４）。
（Ｃ４）個々の細胞について、細胞の特徴量が既定の選別条件を満たす場合のみ、後段の吸引処理に進む（Ｓ９ａ５）。
【００５８】
（Ｃ５）システムは特徴量の条件を満たした吸引ターゲット細胞を、対物レンズ８０１ａの光軸上に移動する（Ｓ９ａ６）。
（Ｃ６）システムは新しい吸引チップ８０４を吸引器８０３に装着する（Ｓ９ａ７）。その後、吸引器８０３を吸引ターゲット細胞の近傍に移動させる（Ｓ９ａ８）。
（Ｃ７）システムは吸引チップの「先端位置測定処理」を実行し、吸引チップの先端位置座標をメモリ８０７ａに格納する（Ｓ９ａ９）。「先端位置測定処理（Ｓ９ａ９）」については、図１０を用い、後段において詳述する。
（Ｃ８）システムはメモリ８０７ａに格納された吸引チップの先端位置座標と、吸引ターゲット細胞の座標との差分を計算する（Ｓ９ａ１０）。この差分量の分だけ吸引器８０３を移動させることにより、吸引チップ先端をターゲット細胞に接近させる（Ｓ９ａ１１）。
【００５９】
（Ｃ９）システムは吸引チップの先端を吸引ターゲット細胞に差し込み、細胞内物質を吸引する（Ｓ９ａ１２）。
（Ｃ１０）システムは吸引器８０３を検体ラック（不図示）まで移動し、吸引された検体の入った吸引チップ８０４を、検体ラックに収納する（Ｓ９ａ１３）。
（Ｃ１１）以上の手順（Ｃ４）〜（Ｃ１０）を、選別条件を満たす細胞が、容器８０２の中に無くなるまで繰り返す（Ｓ９ａ１４）。
【００６０】
以下では、図１０を用い、上述した「先端位置測定処理（Ｓ９ａ９）」について、詳述する。
（Ｄ１）システムは対物レンズ８０１ａをできるだけ容器（試料保持器）８０２に接近する高さに配置する（Ｓ１０ａ２）。
（Ｄ２）システムはフィルタホイール８１０ｆをバンドパスフィルタ８１０ｄが装着されていない「スルー位置８１０ｄｎ」に設定する（Ｓ１０ａ３）。
（Ｄ３）システムは光源制御部８０８によって、リング状照明８０１ｃを消灯する。さらに、共焦点観察用の光源８３０を点灯する（Ｓ１０ａ４）。これにより、試料８０２ａの共焦点像を観察する際に用いる照明光［点線矢印］を、吸引チップ８０４の先端部８０４Ｔに照射し、その反射光［実線矢印］すなわち先端部８０４Ｔの共焦点像を、共焦点顕微鏡システムで撮影する（Ｓ１０ａ５）。
【００６１】
（Ｄ４）システムは撮影された画像のコントラストを算出し、メモリ配列に吸引チップ位置座標とコントラストの値を記録する（Ｓ１０ａ６）。
（Ｄ５）システムは吸引チップ８０４を一定距離だけ、試料２方向に降下させる（Ｓ１０ａ７）。
（Ｄ６）システムは降下後の吸引チップの位置が既定の測定範囲を外れるまで、手順（Ｄ３）〜（Ｄ５）を繰り返す（Ｓ１０ａ８）。
【００６２】
（Ｄ７）上記手順により、図１１（ａ）〜図１１（ｅ）に示すような、吸引チップの位置によってコントラストの異なる一連の画像が撮影される。その際、それぞれの画像のコントラストが、吸引チップの位置座標とともに、メモリ８０７ａ上の配列に記録される。
（Ｄ８）システムはメモリ配列上の一連のコントラスト値の中でピーク値をサーチする（Ｓ１０ａ９）。そして、ピーク値に対応する吸引チップの位置座標をメモリ８０７ａ上に記録する（Ｓ１０ａ１０）。先端部８０４Ｔは、対物レンズ８０１ａの焦点に位置した時に、最もコントラストが高く写る［図１１（ｃ）］。この操作によって、吸引チップの先端部８０４Ｔの対物レンズ８０１ａに対する位置が求まる。
（Ｄ９）システムは共焦点観察用の光源８３０を消灯する（Ｓ１０ａ１１）。
【００６３】
上述した第六実施形態によれば、以下の作用・効果が得られる。
第一には、吸引チップ１０４の先端部１０４Ｔの反射光［実線矢印］は、ピンホールアレイディスク８１０ａを通過する際に、対物レンズ８０１ａの焦点面以外からの成分が除去される。
ゆえに、共焦点顕微鏡システムで撮影された先端部８０４Ｔの共焦点像は、先端部８０４Ｔが対物レンズ８０１ａの焦点面に位置した時に最もコントラストが高く写り、焦点点から外れるにつれて、急激にぼやけて、写り込みが無くなる。換言すると、焦点点から外れた場合には、急激にコントラストが低下するので、先端部８０４Ｔが対物レンズ８０１ａの焦点面に位置した時点を、明瞭に捉えることが可能となった。
【００６４】
上述した第一乃至第六実施形態に記載の細胞吸引システムを用い、細胞内物質の吸引作業を行う方法は、細胞内物質の吸引作業を行う方法であって、検出部において得られた情報に基づき、搬送部が吸引部を移動して、該吸引部に付設されたチップの先端部を、特定の一細胞内に誘導する工程を含むものである。
【００６５】
以上、本発明に係る細胞吸引システム及びこれを用いた細胞内物質の吸引作業を行う方法について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、たとえば、医薬品などの主原料となる物質を生産する細胞内物質を吸引して、これを活用することを可能とする。ゆえに、本発明は、医薬品などの開発に貢献するものである。ただし、本発明は、医薬品に限定されるものではなく広く適用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
Ａ１（Ａ）  検出部、α１（α）  光入出力部、β１（β）  信号処理部、１０１  顕微鏡、１０１ａ  対物レンズ、１０１ｂ  結像レンズ、１０１ｃ  光源、１０２  容器（試料保持器）、１０２ａ  細胞（試料）、１０３  吸引部、１０４  吸引チップ（チップ）、１０４Ｔ  先端部、１０５  搬送部、１０７  信号処理部、１１０  共焦点スキャナ、１１０ａ  ピンホールアレイディスク、１１０ｂ  マイクロレンズアレイディスク、１１０ｃ  ダイクロイックミラー、１１０ｄ  バンドパスフィルタ、１１０ｅ  リレーレンズ、１２０  カメラ。
【図１】
2016112012.tif 000003
【図２】
2016112012.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2016112012.tif 000009
【図９】
2016112012.tif 000010
【図１０】
2016112012.tif 000011
【図３】
2016112012.tif 000012
【図１１】
2016112012.tif 000013