(57)【要約】【課題】重力の影響を排除した遠心顕微鏡を提供する。【解決手段】回転するステージ(12)を備えた遠心顕微鏡であって、ステージ(12)の上面には、観察対象の試料を撮影する撮影手段(21)と、試料に観察用の光を照射する光学手段(22)と、試料に対向させて配置した対物レンズ(23)とを備えた顕微鏡ユニット(20)と、試料を収容する試料室(13)とを設けて、ステージ(12)を回転させることで顕微鏡ユニット(20)と試料室(13)とを回転させるとともに、ステージ(12)の上面を、回転中心から半径方向外向きに下り勾配として、試料室(13)の底面を傾斜させた遠心顕微鏡とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するステージを備えた遠心顕微鏡において、
前記ステージの上面には、
観察対象の試料を撮影する撮影手段と、前記試料に観察用の光を照射する光学手段と、前記試料に対向させて配置した対物レンズとを備えた顕微鏡ユニットと、
前記試料を収容する試料室と
を設けて、前記ステージを回転させることで前記顕微鏡ユニットと前記試料室とを回転させるとともに、
前記ステージの上面を、回転中心から半径方向外向きに下り勾配として、前記試料室の底面を傾斜させている遠心顕微鏡。
【請求項２】
前記試料室の底面は、前記ステージの回転にともなって生じる遠心力と重力との合力の方向と平行となっている請求項１に記載の遠心顕微鏡。
【請求項３】
前記撮影手段は、撮像素子を備えたデジタルスチルカメラまたはデジタルビデオカメラである請求項１または請求項２に記載の遠心顕微鏡。
【請求項４】
回転する前記ステージの回転軸を中心として、複数セットの前記顕微鏡ユニットと前試料室とを設けている請求項１〜３のいずれか１項に記載の遠心顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞の観察において、日常的に顕微鏡が用いられている。通常の顕微鏡では、水平としたステージの上面に観察対象の細胞を載せたガラス板等の透明な支持基板を置き、この支持基板の鉛直上方に配置した対物レンズを介して観察している。すなわち、顕微鏡による視線の方向は鉛直方向となっており、観察対象の細胞に作用している重力の方向と一致している。したがって、通常の細胞の観察において重力の影響が観察できることはなく、また、一般的には重力は考慮されていないことが多い。
【０００３】
一方、昨今の宇宙空間での各種の実験の結果として、多数の細胞の集まりで構成されている生物において、１つ１つの細胞自身も重力を感じているらしいことが推測される結果が得られている。しかしながら、重力が、細胞の成長、特に分化や増殖にどのように影響しているかは解明されておらず、特に、細胞が重力を感知するしくみ自体が完全には解明されておらず、細胞が所有していると思われる力覚センサのメカニズムの解明が急がれている。
【０００４】
このような重力の細胞への影響を地球上で観察しようとした場合、通常の顕微鏡では、重力の作用方向が、顕微鏡での視線の方向、すなわち観察の方向と同じであるため、観察することが困難である。
【０００５】
重力とは、地球の引力と、地球の自転の加速度に起因して生じる遠心力の合力であって、通常、地球のほぼ中心方向に向かった重力加速度として扱われており、重力加速度の大きさは約9.8m/s2（＝１Ｇ）である。
【０００６】
一方、遠心力を利用した分離や合成を観察することを目的として、遠心顕微鏡という形態の顕微鏡が知られている。
【０００７】
この遠心顕微鏡の一形態として、回転する円板状のステージを設け、このステージの外縁部分に観察対象の試料を配置する試料室を設けるとともに、ステージの上面側の所定位置にＣＣＤカメラ等の撮像装置を下向きに設け、このＣＣＤカメラの下方に試料室が到ったタイミングで撮影する遠心顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この形態の遠心顕微鏡では、ステージが１回転するたびに１回しか撮影することができず、高フレームレートでの撮影が困難であった。
【０００８】
そこで、試料室はステージとともに回転させるとともに、試料室に対向させた対物レンズもステージに組み付けてステージとともに回転させ、対物レンズを通過した光をステージの回転中心方向に屈折させて、ステージの回転中心部分に設けたＣＣＤカメラ等の撮像装置で撮影する遠心顕微鏡が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この形態の遠心顕微鏡では、ステージの回転速度に影響されずに撮影が可能となるため、高フレームレートで撮影可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−２５８５１１号公報
【特許文献２】特開２０１３−２１４１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従前の遠心顕微鏡を用いて細胞の観察を行った場合には、確かに細胞に対して水平方向の遠心力を作用させた状態での観察を行うことができるが、細胞に作用している重力の影響は残っていることが問題であった。
【００１１】
すなわち、観察対象の細胞内には、核やミトコンドリア等のそれぞれ比重の異なる組織が存在するとともに、それらが細胞内で移動可能となっているため、個々の組織に対する重力と遠心力の影響を考慮する必要があって、解析作業が極めて困難であった。しかも、細胞は、細胞が載置されるガラス板等の支持基板と接触しており、この接触状態の影響も考慮する必要があり、この接触状態への重力の影響も無視できないものがあった。
【００１２】
そこで、本発明者らは、重力の影響を排除した遠心顕微鏡を開発すべく研究を行って、本発明を成すに至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の遠心顕微鏡は、回転するステージを備えた遠心顕微鏡であって、ステージの上面には、観察対象の試料を撮影する撮影手段と、試料に観察用の光を照射する光学手段と、試料に対向させて配置した対物レンズとを備えた顕微鏡ユニットと、試料を収容する試料室とを設けて、ステージを回転させることで顕微鏡ユニットと試料室とを回転させるとともに、ステージの上面を、回転中心から半径方向外向きに下り勾配として、試料室の底面を傾斜させているものである。
【００１４】
さらに、本発明の遠心顕微鏡では、以下の点にも特徴を有するものである。
（１）試料室の底面は、ステージの回転にともなって生じる遠心力と重力との合力の方向と平行となっていること。
（２）撮影手段は、撮像素子を備えたデジタルスチルカメラまたはデジタルビデオカメラであること。
（３）回転するステージの回転軸を中心として、複数セットの顕微鏡ユニットと試料室とを設けていること。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の遠心顕微鏡では、回転するステージに顕微鏡ユニットと試料を収容する試料室とを設けてステージとともに回転させ、さらに、ステージの上面を回転中心から半径方向外向きに下り勾配として、試料室の底面を傾斜させていることで、ステージの回転にともなって生じる遠心力と重力との合力の方向が、試料室の底面と平行となる回転速度でステージを回転させることができる。この回転状態で試料を観察することで、試料には、試料が載置された試料室の底面の面方向の力だけが作用していることとなり、その状態を試料の鉛直上方から観察できるので、解析作業を大きく軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る遠心顕微鏡の要部の概略斜視図である。
【図２】本発明に係る遠心顕微鏡の使用状態を説明するための概略図である。
【図３】試料に作用する遠心力の作用状態を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下において、図面に基づいて、本発明の遠心顕微鏡を説明する。図１は、本発明の遠心顕微鏡の要部の概略斜視図であり、図２は使用状態を説明するための概略図である。
【００１８】
本発明の遠心顕微鏡は、所定の回転速度で回転する回転軸11に装着することで回転するステージ12を備えた遠心顕微鏡である。回転軸11は、図示しない駆動モータによって回転させることとしており、駆動モータを制御することで回転速度を調整可能としている。
【００１９】
ステージ12は、本実施形態では平板状として、回転軸11に対して傾斜させて装着し、その上面を、回転軸11の回転中心から半径方向外向きに下り勾配の傾斜面としている。
【００２０】
ステージ12には、観察対象の試料を観察する顕微鏡ユニット20として、試料を撮影する撮影手段21と、試料に観察用の光を照射する光学手段22と、試料に対向さて配置した対物レンズ23とを備えた顕微鏡ユニット20を設けるとともに、試料を収容する試料室13を設けている。
【００２１】
顕微鏡ユニット20と試料室13とは、それぞれステージ12上に設けていることで、ステージの回転とともに回転し、しかも、傾斜したステージ12上に設けていることで、試料室13の底面も同様に傾斜した状態となり、図２に示すように、顕微鏡ユニット20は傾斜した試料室13の底面に正対した状態、すなわち顕微鏡ユニット20の視線の方向を、常に試料室13の底面と直交する方向としている。
【００２２】
顕微鏡ユニット20では、ステージ12の上面に第１基台24を載設し、この第１基台24の上部に第２基台25を載設し、この第２基台25の上部に第３基台26を載設して、第３基台26の側面に励起光源を備えた光学手段22を装着している。光学手段22の下面には対物レンズ23を着脱自在に装着可能としており、光学手段22の上面側には撮影手段21としてのデジタルスチルカメラを設けている。図中の符号27は、撮影手段21を支持するフレームである。デジタルスチルカメラの代わりにデジタルビデオカメラを用いてもよい。
【００２３】
第２基台25は、第１ハンドルh1の操作によって第１基台24に対して一方向に進退移動可能とし、また、第３基台26は、第２ハンドルh2の操作によって第２基台25に対して一方向に進退移動可能としている。第２基台25の移動方向と、第３基台26の移動方向は、互いに直交する方向として、いわゆるＸ−Ｙステージとして穂能させている。
【００２４】
また、光学手段22は、第３ハンドルh3の操作によって第３基台26に対して上下方向に進退移動可能としている。
【００２５】
本実施形態では、光学手段22は落射照明装置であって、光学手段22内に設けた励起光源（図示せず）から照射された光を、対物レンズ23を介して観察対象の試料に照射している。励起光を試料に照射することで、あらかじめ試料に添加することで細胞内の組織に取り込まれた色素が蛍光を示して、所望の画像を得ることができる。
【００２６】
撮影手段21は、ＣＣＤ素子あるいはＣＭＯＳ素子等の撮像素子を内蔵したデジタルスチルカメラ、あるいはデジタルビデオカメラであり、特に昨今のデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラでは、撮影することで作成した画像データを無線通信によってサーバ等に転送可能であるため、リアルタイムで観察することもできる。
【００２７】
また、第１〜３ハンドルh1,h2,h3には、無線信号による回転操作機構を取り付けることで、撮影中の試料の位置ズレに対応可能とすることもできる。
【００２８】
試料室13は、本実施形態ではシャーレ状の容器で構成し、ステージ12の上面に載設することで、試料室13の底面の傾斜状態を、ステージ12の傾斜状態と同じ状態としている。本実施形態では、容器状の試料室13内に試料を載置することとしているが、例えば、ガラス製の平板に試料を載置して、この平板をステージ12の所定位置に固定配設することで、試料を観察可能としてもよい。
【００２９】
ステージ12の上面及び試料室13の底面の傾斜角度は、図３に示すように、ステージ12の回転にともなって生じる遠心力ｆと重力ｇとの合力ａの方向と平行としている。特に本実施形態では、ステージ12の上面と水平面とのなす角の角度を30°とし、ステージ12の回転にともなって生じる遠心力ｆが、重力加速度である１Ｇの３1/2倍の大きさとなる速度でステージ12を回転させることで、２Ｇの大きさの合力ａを試料に作用させることとしている。生じさせる遠心力ｆに応じてステージ12の傾斜角度を調整することで、合力ａを試料室13の底面と平行に作用させることができる。
【００３０】
このように、試料室13の底面の面方向にのみ外力が作用する状態で細胞の観察を行うことで、外力の有り無しでの細胞の遺伝子やタンパク質の発現変化を観察可能とすることができ、細胞が所有していると思われる力覚センサのメカニズムの解明に有用なツールとすることができる。
【００３１】
上述したように構成した遠心顕微鏡では、図１に示すように、１組の顕微鏡ユニット20と試料室13とを１セットとして、回転するステージ12の回転軸を中心として、複数セットの顕微鏡ユニット20試料室13とを設けてもよい。特に、回転軸を挟んで対向する位置にそれぞれ顕微鏡ユニット20と試料室13とを配置することで、ステージ12を回転させた際の振動の発生を抑制しやすくすることができる。
【符号の説明】
【００３２】
11  回転軸
12  ステージ
13  試料室
20  顕微鏡ユニット
21  撮影手段
22  光学手段
23  対物レンズ
24  第１基台
25  第２基台
26  第３基台
27  フレーム
h1  第１ハンドル
h2  第２ハンドル
h3  第３ハンドル
【図１】
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【図２】
2017161608.tif 000004
【図３】
2017161608.tif 000005