(57)【要約】【課題】容易に微小対象物の回転操作を行うことが可能なマニピュレーションシステム、回転アクチュエータ及びマニピュレーションシステムの駆動方法を提供する。【解決手段】マニピュレーションシステムは、微小対象物が載置される試料ステージと、微小対象物を保持するための第１キャピラリを備える第１マニピュレータと、第１キャピラリに保持された微小対象物を操作する第２キャピラリを備える第２マニピュレータと、微小対象物を保持する第３キャピラリを回転させる回転機構を備える第３マニピュレータと、を有する。【選択図】図１
2017071020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小対象物が載置される試料ステージと、
前記微小対象物を保持するための第１キャピラリを備える第１マニピュレータと、
前記第１キャピラリに保持された前記微小対象物を操作する第２キャピラリを備える第２マニピュレータと、
前記微小対象物を保持する第３キャピラリを回転させる回転機構を備える第３マニピュレータと、を有するマニピュレーションシステム。
【請求項２】
前記試料ステージの載置面と略平行な面内において、前記第１キャピラリと前記第２キャピラリとは前記微小対象物を挟んで配置されており、
前記第３キャピラリは、前記第１キャピラリ及び前記第２キャピラリと異なる位置に配置されている請求項１に記載のマニピュレーションシステム。
【請求項３】
前記第３キャピラリの先端部に開口が設けられており、前記開口は前記回転機構の回転中心軸の延長線と交差する請求項１または請求項２に記載のマニピュレーションシステム。
【請求項４】
前記回転機構は、回転中心軸に沿った貫通孔を有するモータと、前記貫通孔に挿通され、前記第３キャピラリを前記モータの回転中心軸に沿って保持するための軸部材と、を有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のマニピュレーションシステム。
【請求項５】
前記第１キャピラリは屈曲部または湾曲部を有し、前記屈曲部または湾曲部よりも前記第１キャピラリの先端側の部分が前記試料ステージに対して略平行方向に延びる請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のマニピュレーションシステム。
【請求項６】
微小対象物を保持するためのキャピラリと、
前記キャピラリを回転させる回転機構と、を備える回転アクチュエータ。
【請求項７】
微小対象物が載置される試料ステージと、
前記微小対象物を保持するための第１キャピラリを備える第１マニピュレータと、
前記第１キャピラリに保持された前記微小対象物を操作する第２キャピラリを備える第２マニピュレータと、を有するマニピュレーションシステムの駆動方法であって、
前記第１キャピラリが前記微小対象物の保持を停止した際に、第３マニピュレータの第３キャピラリが前記微小対象物を保持するステップと、
回転機構が、前記微小対象物を保持する前記第３キャピラリを回転させるステップと、を有するマニピュレーションシステムの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニピュレーションシステム、回転アクチュエータ及びマニピュレーションシステムの駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオテクノロジ分野において、顕微鏡観察下で細胞や卵にＤＮＡ溶液や細胞を注入する等のように、微小な対象物に微細な操作を行うマイクロマニピュレーションシステムが知られている。微小対象物を保持するための保持用キャピラリで微小対象物の位置を固定しつつ、操作用キャピラリにより微小対象物に対する操作が行われる。この際、微小対象物のうち操作が行われる部分と操作用キャピラリとの位置を一致させるために、微小対象物を回転させる操作が必要となる場合がある。保持用キャピラリと操作用キャピラリとを使用して微小対象物を回転させる場合、例えば、保持用キャピラリが微小対象物を小さい吸引力で固定しながら、操作用キャピラリを微小対象物に接触させることで回転操作が行われる。
【０００３】
下記特許文献１のマイクロインジェクション装置では、微小対象物を捕捉シャーレのウエル部に供給し、ウエル部の側壁に開口する流路を設けることで微小対象物の回転を実現する。また、下記特許文献２の粒子移動／固定装置は、微小対象物を収容する収容部に電界を発生させ、この電界がもたらす誘電泳動力により、微小対象物を固定または回転させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−４１９６０号公報
【特許文献２】特開２０００−２４１７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２は、専用の捕捉シャーレや、電界を発生させることが可能な試料ステージ等を用いるため、微小対象物に対する操作が限定される可能性が生じる。保持用キャピラリと操作用キャピラリとを使用して微少対象物を回転させる場合、操作者の高い技術が必要であり、微小対象物が損傷する可能性がある。
【０００６】
本発明は、容易に微小対象物の回転操作を行うことが可能なマニピュレーションシステム、回転アクチュエータ及びマニピュレーションシステムの駆動方法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】
本発明の一態様に係るマニピュレーションシステムは、微小対象物が載置される試料ステージと、前記微小対象物を保持するための第１キャピラリを備える第１マニピュレータと、前記第１キャピラリに保持された前記微小対象物を操作する第２キャピラリを備える第２マニピュレータと、前記微小対象物を保持する第３キャピラリを回転させる回転機構を備える第３マニピュレータと、を有する。
【０００８】
これによれば、第３マニピュレータの第３キャピラリが微小対象物を保持した状態で、回転機構が第３キャピラリを回転駆動させることにより、容易に微小対象物の回転操作を行うことが可能である。また、微小対象物を保持するための第１マニピュレータ及び微小対象物を操作するための第２マニピュレータに加えて第３マニピュレータを設けることで微小対象物の回転操作を実現できるため、第１マニピュレータ、第２マニピュレータ及び試料ステージの変更を少なくすることができ、微小対象物に対する操作が制限されることを抑制できる。
【０００９】
本発明の一態様に係るマニピュレーションシステムにおいて、前記試料ステージの載置面と略平行な面内において、前記第１キャピラリと前記第２キャピラリとは前記微小対象物を挟んで配置されており、前記第３キャピラリは、前記第１キャピラリ及び前記第２キャピラリと異なる位置に配置されている。これによれば、第３キャピラリを設置する位置の自由度が大きいため、第１マニピュレータ、第２マニピュレータ及び試料ステージ等の構成が変更した場合であっても、容易に微小対象物の回転操作を実現することができる。
【００１０】
本発明の一態様に係るマニピュレーションシステムにおいて、前記第３キャピラリの先端部に開口が設けられており、前記開口は前記回転機構の回転中心軸の延長線と交差する。これによれば、微小対象物は、第３キャピラリの開口に保持された際、回転機構の回転中心軸の延長線上に位置する。このため、微小対象物が第３キャピラリの回転により回転操作された場合に、微小対象物の中心位置の変動が抑制される。したがって、微小対象物の回転操作の後、第１マニピュレータによる微小対象物の保持及び第２マニピュレータによる微小対象物の操作を容易に行うことができる。
【００１１】
本発明の一態様に係るマニピュレーションシステムにおいて、前記回転機構は、回転中心軸に沿った貫通孔を有するモータと、前記貫通孔に挿通され、前記第３キャピラリを前記モータの回転中心軸に沿って保持するための軸部材と、を有する。これによれば、第３キャピラリに保持された微小対象物の回転操作を精度よく行うことができる。
【００１２】
本発明の一態様に係るマニピュレーションシステムにおいて、前記第１キャピラリは屈曲部または湾曲部を有し、前記屈曲部または湾曲部よりも前記第１キャピラリの先端側の部分が前記試料ステージに対して略平行方向に延びる。これによれば、第１キャピラリにより微小対象物を容易に保持することが可能である。
【００１３】
本発明の一態様に係る回転アクチュエータは、微小対象物を保持するためのキャピラリと、前記キャピラリを回転させる回転機構と、を備える。これによれば、微小対象物を保持するための第１マニピュレータ及び微小対象物を操作するための第２マニピュレータを備えるマニピュレーションシステムに、微小対象物を回転操作するための回転アクチュエータを追加するのみで微小対象物の回転操作を実現できる。
【００１４】
本発明の一態様に係るマニピュレーションシステムの駆動方法は、微小対象物が載置される試料ステージと、前記微小対象物を保持するための第１キャピラリを備える第１マニピュレータと、前記第１キャピラリに保持された前記微小対象物を操作する第２キャピラリを備える第２マニピュレータと、を有するマニピュレーションシステムの駆動方法であって、前記第１キャピラリが前記微小対象物の保持を停止した際に、第３マニピュレータの第３キャピラリが前記微小対象物を保持するステップと、回転機構が、前記微小対象物を保持する前記第３キャピラリを回転させるステップと、を有する。
【００１５】
これによれば、第３マニピュレータの第３キャピラリが微小対象物を保持した状態で、回転機構が第３キャピラリを回転駆動させることにより、容易に微小対象物の回転操作を行うことが可能である。また、微小対象物を保持するための第１マニピュレータ及び微小対象物を操作するための第２マニピュレータに加えて第３マニピュレータを設けることで微小対象物の回転操作を実現できるため、第１マニピュレータ、第２マニピュレータ及び試料ステージの変更を少なくすることができ、微小対象物に対する操作が制限されることを抑制できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、容易に微小対象物の回転操作を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施形態に係るマニピュレーションシステムの構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、第１キャピラリの一例を示す断面図である。
【図３】図３は、微動機構の一例を示す断面図である。
【図４】図４は、回転機構の一例を示す断面図である。
【図５】図５は、マニピュレーションシステムの制御ブロック図である。
【図６】図６は、マニピュレーションシステムによる微小対象物の回転操作の一例を示す説明図である。
【図７】図７は、マニピュレーションシステムによる微小対象物に対する注入操作の一例を示す説明図である。
【図８】図８は、マニピュレーションシステムの駆動方法を説明するためのフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００１９】
図１は、実施形態に係るマニピュレーションシステムの構成を模式的に示す図である。マニピュレーションシステム１０は、顕微鏡観察下で微小対象物である試料を操作するためのシステムである。図１において、マニピュレーションシステム１０は、顕微鏡ユニット１２と、第１マニピュレータ１４と、第２マニピュレータ１５と、第３マニピュレータ１６と、マニピュレーションシステム１０を制御するコントローラ４３とを備えている。顕微鏡ユニット１２の両側に第１マニピュレータ１４と第２マニピュレータ１５とが分かれて配置されている。第３マニピュレータ１６は第２マニピュレータ１５に隣り合って配置されているが、これに限定されず、例えば第１マニピュレータ１４側に配置されてもよい。
【００２０】
顕微鏡ユニット１２は、撮像素子を含むカメラ１８と、顕微鏡２０と、試料ステージ２２とを備えている。試料ステージ２２は、シャーレなどの試料保持部材１１を支持可能であり、試料保持部材１１の直上に顕微鏡２０が配置される。顕微鏡ユニット１２は、顕微鏡２０とカメラ１８とが一体構造となっており、試料保持部材１１に向けて光を照射する光源（図示は省略している）を備えている。なお、カメラ１８は、顕微鏡２０と別体に設けてもよい。
【００２１】
試料保持部材１１には、試料を含む溶液が収容される。試料保持部材１１の試料に光が照射され、試料保持部材１１の試料で反射した光が顕微鏡２０に入射すると、試料に関する光学像は、顕微鏡２０で拡大された後カメラ１８で撮像される。カメラ１８で撮像された画像を基に試料の観察が可能となっている。
【００２２】
図１に示すように、第１マニピュレータ１４は、第１キャピラリ保持部材２４と、Ｘ‐Ｙ軸テーブル２６と、Ｚ軸テーブル２８と、Ｘ‐Ｙ軸テーブル２６を駆動する駆動装置３０と、Ｚ軸テーブル２８を駆動する駆動装置３２とを備える。第１マニピュレータ１４は、Ｘ軸‐Ｙ軸‐Ｚ軸の３軸構成のマニピュレータである。なお、本実施形態において、水平面内の一方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と交差する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと交差する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。
【００２３】
Ｘ‐Ｙ軸テーブル２６は、駆動装置３０の駆動により、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に移動可能となっている。Ｚ軸テーブル２８は、Ｘ‐Ｙ軸テーブル２６上に上下移動可能に配置され、駆動装置３２の駆動によりＺ軸方向に移動可能となっている。駆動装置３０、３２は、コントローラ４３に接続されている。
【００２４】
第１キャピラリ保持部材２４は、Ｚ軸テーブル２８に連結され、先端に毛細管チップである第１キャピラリ２５が取り付けられている。第１キャピラリ保持部材２４は、Ｘ‐Ｙ軸テーブル２６とＺ軸テーブル２８の移動に従って３次元空間を移動領域として移動し、試料保持部材１１に収容された試料を、第１キャピラリ２５を介して保持することができる。すなわち、第１マニピュレータ１４は、微小対象物の保持に用いられる保持用マニピュレータであり、第１キャピラリ２５は、微小対象物の保持手段として用いられる保持用キャピラリである。
【００２５】
図２は、第１キャピラリの一例を示す断面図である。図２に示すように第１キャピラリ２５は第１キャピラリ保持部材２４の先端に取り付けられており、第１キャピラリ保持部材２４の軸方向と同じ方向に延出する。第１キャピラリ２５は、屈曲部２５ｂを有しており、第１キャピラリ保持部材２４の軸方向から屈曲部２５ｂで屈曲して、屈曲部２５ｂよりも先端側の部分が、試料ステージ２２の載置面２２ａと略平行な方向に延出する。第１キャピラリ２５の先端には開口２５ａが設けられており、第１キャピラリ保持部材２４に接続された吸引ポンプ（図示しない）により第１キャピラリ２５の内部空間に吸引圧（陰圧）が生じる。この吸引圧により、微小対象物が第１キャピラリ２５の開口２５ａに保持される。このように第１キャピラリ２５が屈曲部２５ｂを有するため、後述する第２マニピュレータ１５により微小対象物の操作を行う際に、第１キャピラリ２５の開口２５ａに確実に微小対象物を保持することができる。なお、第１キャピラリ２５は、屈曲部２５ｂで先端が曲げられる形状に限られず、湾曲部が設けられて湾曲していてもよい。
【００２６】
図１に示す第２マニピュレータ１５は、第２キャピラリ保持部材３４と、Ｘ‐Ｙ軸テーブル３６と、Ｚ軸テーブル３８と、Ｘ‐Ｙ軸テーブル３６を駆動する駆動装置４０と、Ｚ軸テーブル３８を駆動する駆動装置４２とを備える。第２マニピュレータ１５は、Ｘ軸‐Ｙ軸‐Ｚ軸の３軸構成のマニピュレータである。
【００２７】
Ｘ‐Ｙ軸テーブル３６は、駆動装置４０の駆動により、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に移動可能となっている。Ｚ軸テーブル３８は、Ｘ‐Ｙ軸テーブル３６上に上下移動可能に配置され、駆動装置４２の駆動によりＺ軸方向に移動可能となっている。駆動装置４０、４２は、コントローラ４３に接続されている。
【００２８】
第２キャピラリ保持部材３４は、Ｚ軸テーブル３８に連結され、先端にガラス製の第２キャピラリ３５が取り付けられている。第２キャピラリ保持部材３４は、Ｘ‐Ｙ軸テーブル３６とＺ軸テーブル３８の移動に従って３次元空間を移動領域として移動し、試料保持部材１１に収容された試料を人工操作することが可能である。すなわち、第２マニピュレータ１５は、微小対象物の操作（ＤＮＡ溶液の注入操作や穿孔操作など）に用いられる操作用マニピュレータであり、第２キャピラリ３５は、微小対象物の操作手段として用いられる操作用キャピラリである。
【００２９】
Ｘ‐Ｙ軸テーブル３６とＺ軸テーブル３８は、第２キャピラリ保持部材３４を、試料保持部材１１に収容された試料などの操作位置まで粗動駆動する粗動機構（３次元軸移動テーブル）として構成されている。また、Ｚ軸テーブル３８と第２キャピラリ保持部材３４との連結部には、ナノポジショナとして微動機構４４が備えられている。微動機構４４は、第２キャピラリ保持部材３４をその長手方向（軸方向）に移動可能に支持するとともに、第２キャピラリ保持部材３４をその長手方向（軸方向）に沿って微動駆動するように構成される。
【００３０】
図３は、微動機構の一例を示す断面図である。図３に示すように、微動機構４４は、第２キャピラリ保持部材３４を駆動対象とする圧電アクチュエータ４４ａを備える。圧電アクチュエータ４４ａは、筒状のハウジング８７と、ハウジング８７の軸方向に挿通された第２キャピラリ保持部材３４を支持するための転がり軸受８０、８２と、印加される電圧に応じて第２キャピラリ保持部材３４の長手方向に沿って伸縮する圧電素子９２とを含む。第２キャピラリ保持部材３４の先端側（図３左側）には第２キャピラリ３５（図１参照）が取り付けられ固定される。
【００３１】
第２キャピラリ保持部材３４は、転がり軸受８０、８２を介してハウジング８７に支持される。転がり軸受８０は、内輪８０ａと、外輪８０ｂと、内輪８０ａと外輪８０ｂとの間に挿入されたボール８０ｃとを備える。転がり軸受８２は、内輪８２ａと、外輪８２ｂと、内輪８２ａと外輪８２ｂとの間に挿入されたボール８２ｃとを備える。各外輪８０ｂ、８２ｂがハウジング８７の内周面に固定され、各内輪８０ａ、８２ａが中空部材８４を介して第２キャピラリ保持部材３４の外周面に固定される。このように、転がり軸受８０、８２は、第２キャピラリ保持部材３４を回転自在に支持するようになっている。
【００３２】
中空部材８４の軸方向略中央部には、径方向外方に突出するフランジ部８４ａが設けられている。内輪間座としての該フランジ部８４ａを挟んで転がり軸受８０の内輪８０ａと転がり軸受８２の内輪８２ａとが配置される。転がり軸受８０はフランジ部８４ａに対して第２キャピラリ保持部材３４の軸方向の先端側に配置され、転がり軸受８２はフランジ部８４ａに対して後端側に配置される。このとき、中空部材８４とフランジ部８４ａとは一体となっている。第２キャピラリ保持部材３４の外周面にねじ加工が施されており、内輪８０ａの先端側、及び内輪８２ａの後端側からロックナット８６、８６が第２キャピラリ保持部材３４に螺合されて、転がり軸受８０、８２の軸方向位置が固定される。なお、中空部材８４の軸方向寸法は、転がり軸受８０、８２の内輪８０ａ、８２ａの軸方向寸法と、中空部材８４のフランジ部８４ａの軸方向寸法との合計より小さい。このため、内輪８０ａの軸方向先端側及び内輪８２ａの軸方向後端側は中空部材８４よりも軸方向に突出する。この結果、内輪８０ａ、８２ａが直接ロックナット８６、８６により軸方向に固定されるので、内輪８０ａ、８２ａの軸方向移動を規制できる。
【００３３】
なお、本実施形態では、中空部材８４を設けることで、使用する第２キャピラリ保持部材３４と転がり軸受８０、８２の内径が同一径でなくともよい。一方で、同一径の場合は、中空部材８４を省いた構成であってもよい。また、中空部材８４とフランジ部８４ａとは一体に構成したが、別体にしてもよい。さらに、一体となった中空部材８４とフランジ部８４ａとを内輪間座として取り扱ってもよい。
【００３４】
さらに、円環状のスペーサ９０は、転がり軸受８０、８２と同軸に外輪８２ｂの軸方向後端側に配置される。スペーサ９０の軸方向後端側には、円環状の圧電素子９２がスペーサ９０と略同軸に配置され、さらにその軸方向後端側にはハウジング８７の蓋８８が配置される。蓋８８は、圧電素子９２を軸方向に固定するためのもので、第２キャピラリ保持部材３４が挿通する孔部を有する。この蓋８８は、ハウジング８７の側面に不図示のボルトにより締結されている。なお、蓋８８は、ハウジング８７の軸方向後端側の内周面及び蓋８８の外周面にねじ加工を施して、両者を螺合することにより固定しても良いが、圧電素子９２にねじりモーメントが生じる可能性がある。このため、蓋８８はボルト等により締結固定されることが好ましい。なお、圧電素子９２は、棒状または角柱状としてスペーサ９０の周方向に略等配となるように並べても良く、第２キャピラリ保持部材３４を挿通する孔部を有した角筒としても良い。
【００３５】
圧電素子９２はスペーサ９０を介して転がり軸受８２と接している。圧電素子９２は、リード線（図示せず）を介して制御回路としてのコントローラ４３に接続されている。圧電素子９２は、コントローラ４３からの印加電圧に応答して第２キャピラリ保持部材３４の軸方向に沿って伸縮し、第２キャピラリ保持部材３４をその軸方向に沿って微動させるようになっている。第２キャピラリ保持部材３４が軸方向に沿って微動すると、この微動が第２キャピラリ３５（図１参照）に伝達され、第２キャピラリ３５の位置が微調整されることになる。また、圧電素子９２により第２キャピラリ保持部材３４が軸方向に振動すると、第２キャピラリ３５も軸方向に振動する。
【００３６】
このような構成によれば、第２キャピラリ３５と圧電素子９２とが同軸上に配置されるので、圧電素子９２の駆動時に、余分な振動、即ち第２キャピラリ保持部材３４の軸方向以外の方向に生じる振動を軽減することができる。ここで、「同軸上」とは、円環状の圧電素子９２の中心軸と第２キャピラリ３５の中心軸とが一致する場合のみを示すのではなく、中心軸が互いに平行な場合や、第２キャピラリ３５の中心軸が円環状の圧電素子９２の中心を通る場合を含む。また、図３の圧電アクチュエータ４４ａは、第２マニピュレータ１５及び第２キャピラリ保持部材３４に直接固定されるため、第２マニピュレータ１５、第２キャピラリ保持部材３４への固定のための部品が不要となる。このため、部品数低減による組立性の向上とコスト低減を実現できる。さらに、微動機構４４は、圧電アクチュエータ４４ａと第２キャピラリ保持部材３４を直接固定するため、圧電素子９２と第２キャピラリ３５との距離を短くすることが可能となる。この結果、微小対象物への操作（ＤＮＡ溶液や細胞の注入操作や穿孔操作など）の際には、より正確な操作が可能となり、圧電素子９２による穿孔作用の向上を実現できる。
【００３７】
なお、上述の微動機構４４は、微小対象物の操作用の第２マニピュレータ１５に設けられるとしているが、もちろん微小対象物の保持用の第１マニピュレータ１４にも設けてもよく、後述する回転操作用の第３マニピュレータ１６に設けてもよく、省略することも可能である。
【００３８】
図１に示す第３マニピュレータ１６は、第３キャピラリ保持部材５４と、Ｘ‐Ｙ軸テーブル５６と、Ｚ軸テーブル５８と、Ｘ‐Ｙ軸テーブル５６を駆動する駆動装置５０と、Ｚ軸テーブル５８を駆動する駆動装置５２とを備える。第３マニピュレータ１６は、Ｘ軸‐Ｙ軸‐Ｚ軸の３軸構成のマニピュレータである。
【００３９】
Ｘ‐Ｙ軸テーブル５６は、駆動装置５０の駆動により、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に移動可能となっている。Ｚ軸テーブル５８は、Ｘ‐Ｙ軸テーブル５６上に上下移動可能に配置され、駆動装置５２の駆動によりＺ軸方向に移動可能となっている。駆動装置５０、５２は、コントローラ４３に接続されている。
【００４０】
第３キャピラリ保持部材５４は、Ｚ軸テーブル５８に連結され、先端に毛細管チップである第３キャピラリ５５が取り付けられている。第３キャピラリ保持部材５４は、Ｘ‐Ｙ軸テーブル５６とＺ軸テーブル５８の移動に従って３次元空間を移動領域として移動し、試料保持部材１１に収容された微小対象物を、第３キャピラリ５５を介して保持しつつ回転操作することができる。すなわち、第３マニピュレータ１６は、微小対象物の回転操作に用いられる回転操作用マニピュレータであり、第３キャピラリ５５は、微小対象物の保持手段及び回転手段として用いられる回転操作用キャピラリである。
【００４１】
Ｘ‐Ｙ軸テーブル５６とＺ軸テーブル５８は、第３キャピラリ保持部材５４を、試料保持部材１１に収容された試料などの操作位置まで粗動駆動する粗動機構（３次元軸移動テーブル）として構成されている。また、Ｚ軸テーブル５８と第３キャピラリ保持部材５４との連結部には、回転機構５７が備えられている。回転機構５７は、第３キャピラリ保持部材５４をその長手方向（軸方向）に移動可能に支持するとともに、第３キャピラリ保持部材５４をその周方向に回転駆動するように構成されている。
【００４２】
図４は、回転機構の一例を示す断面図である。図４に示すように、回転機構５７は、中空のステッピングモータ７０と、中空軸部材７２とを含む。本実施形態に係る回転アクチュエータ６０は、ステッピングモータ７０と、中空軸部材７２とを含む回転機構５７と、回転機構５７に接続された第３キャピラリ保持部材５４と、第３キャピラリ保持部材５４の先端側（図４左側）に取り付けられた第３キャピラリ５５を有しており、コントローラ４３からのパルス信号に応じて第３キャピラリ５５を回転駆動させることができる。
【００４３】
ステッピングモータ７０は、回転中心軸７０ａに沿った貫通孔７０ｂが設けられており、この貫通孔７０ｂに中空軸部材７２が挿通されて固定される。中空軸部材７２は、回転中心軸７０ａに沿って延出する筒状の部材である。この中空軸部材７２に第３キャピラリ保持部材５４が挿通されて固定される。ステッピングモータ７０の軸方向の両側に固定部材７１ａ、７１ｂが取り付けられている。固定部材７１ａ、７１ｂは、例えば中空のねじ部材であり、ステッピングモータ７０のローター（図示しない）に固定されて、ローター（図示しない）の回転とともに回転する。また、固定部材７１ａ、７１ｂは、中空軸部材７２の軸方向の位置を固定して、ステッピングモータ７０の回転駆動を中空軸部材７２に伝達する。
【００４４】
ステッピングモータ７０は、リード線（図示しない）を介して制御回路としてのコントローラ４３に接続される。ステッピングモータ７０は、コントローラ４３から入力されるパルス信号に応答して、中空軸部材７２を周方向に回転駆動させる。中空軸部材７２の回転に伴って、中空軸部材７２の内周面に固定された第３キャピラリ保持部材５４及び第３キャピラリ５５が回転する。なお、ステッピングモータ７０の回転角度及び回転速度等は、入力されるパルス信号のパルス数や周波数により制御される。
【００４５】
中空軸部材７２を介して第３キャピラリ保持部材５４がステッピングモータ７０に固定されるため、貫通孔７０ｂの内径と第３キャピラリ保持部材５４の外径とが異なっていてもよい。また、第３キャピラリ保持部材５４の後端側（図４右側）にチューブ７６を介して吸引ポンプ５９が接続される。吸引ポンプ５９は、例えばシリンジポンプ等を用いてもよい。
【００４６】
第３キャピラリ保持部材５４の内部空間には、チューブ７６を通して液体が注入されていてもよい。この液体は、化学的に不活性な液体が好ましく、例えばフッ素系化合物を含むフッ素系不活性液体が用いられる。第３キャピラリ保持部材５４の内部空間を液体で満たしているため、吸引ポンプ５９により吸引圧（陰圧）をかけたときに、第３キャピラリ５５の先端に設けられた開口５５ａに微小対象物を容易に保持することが可能となる。なお、上述した第１キャピラリ保持部材２４についても、内部空間に液体を注入してもよい。
【００４７】
本実施形態において、中空軸部材７２は回転中心軸７０ａを中心に回転する。第３キャピラリ保持部材５４及び第３キャピラリ５５は、回転中心軸７０ａの延長線に沿った方向に延出しており、第３キャピラリ５５の先端の開口５５ａは、回転中心軸７０ａの延長線と交差するように設けられている。第３キャピラリ保持部材５４の中心軸及び第３キャピラリ５５の中心軸は、ステッピングモータ７０の回転中心軸７０ａと略一致していることがより好ましい。このような構成により、第３キャピラリ５５が微小対象物を保持した状態で、微小対象物が回転中心軸７０ａの延長線上に位置するため、ステッピングモータ７０を回転駆動させた場合に、微小対象物の中心位置の変動を抑制して微小対象物の回転操作を容易に行うことができる。
【００４８】
なお、回転アクチュエータ６０は、ステッピングモータ７０を収納するためのハウジングや第３キャピラリ保持部材５４の軸方向の位置を調整するための圧電素子等を備えていてもよい。また、回転機構５７は、ステッピングモータ７０に限られず、エンコーダ付きＤＣモータ等の他のモータを用いてもよい。
【００４９】
次に、コントローラ４３によるマニピュレーションシステム１０の制御について図５を参照して説明する。図５は、マニピュレーションシステムの制御ブロック図である。
【００５０】
コントローラ４３は、演算手段としてのＣＰＵ（中央演算処理装置）及び記憶手段としてのハードディスク、ＲＡＭ（Ｒａｎｄａｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等のハードウェア資源を備える。コントローラ４３は、所定のプログラムに基づいて各種の演算を行い、演算結果に従って制御部４６Ａが各種の制御を行うように駆動指令を出力する。
【００５１】
制御部４６Ａは、顕微鏡ユニット１２の焦点合わせ機構１９、第１マニピュレータ１４の駆動装置３０、駆動装置３２、吸引ポンプ２９、第２マニピュレータ１５の駆動装置４０、駆動装置４２、圧電素子９２、注入ポンプ３９、第３マニピュレータ１６の駆動装置５０、駆動装置５２、ステッピングモータ７０、吸引ポンプ５９を制御し、必要に応じて設けられたドライバやアンプ等を介してそれぞれに駆動指令を出力する。
【００５２】
コントローラ４３は、情報入力手段としてキーボード（図示しない）の他にジョイスティック４７Ａ、４７Ｂ、ボタン４８Ａ、４８Ｂ（図１参照）、タッチパネル４９が接続されている。コントローラ４３は、液晶パネル等の表示部４５が接続される。表示部４５にはカメラ１８で取得した顕微鏡画像や各種制御用画面が表示されるようになっている。なお、タッチパネル４９は表示部４５の表示画面に重ねて用いられ、操作者が表示部４５の表示画像を視認しつつ入力操作を行うことができる。
【００５３】
第１マニピュレータ１４、第２マニピュレータ１５及び第３マニピュレータ１６の各動作は、ジョイスティック４７Ａ、４７Ｂの操作による入力情報に基づいて制御される。本実施形態では、ジョイスティック４７Ａにより第１マニピュレータ１４及び第３マニピュレータ１６の操作が行われ、ジョイスティック４７Ｂにより第２マニピュレータ１５の操作が行われる。ジョイスティック４７Ａによる第１マニピュレータ１４の操作と第３マニピュレータ１６の操作との切り替えは、例えば、ボタン４８Ａ（図１参照）またはタッチパネル４９の操作により行ってもよい。本実施形態では、２本のジョイスティック４７Ａ、４７Ｂで操作を行うことが可能であるが、第３マニピュレータ１６に対してジョイスティックを用意して、３本のジョイスティックで第１マニピュレータ１４、第２マニピュレータ１５及び第３マニピュレータ１６の操作を行ってもよい。
【００５４】
ジョイスティック４７Ａ、４７Ｂは、公知のものを用いることができる。ジョイスティック４７Ａ、４７Ｂは、基台と、基台から直立するハンドル部とを備えており、ハンドル部を傾斜させるように操作することで、駆動装置３０、４０、５０のＸ−Ｙ駆動を行うことができ、ハンドル部をねじることで駆動装置３２、４２、５２のＺ駆動を行うことができる。ジョイスティック４７Ａ、４７Ｂは、複数のスイッチ部を備えていてもよく、複数のスイッチ部には、吸引ポンプ２９、５９、注入ポンプ３９、圧電素子９２、ステッピングモータ７０の各駆動の操作機能が割り当てられる。
【００５５】
ジョイスティック４７Ａ、４７Ｂ、ボタン４８Ａ、４８Ｂ（図１参照）、タッチパネル４９の操作による入力情報に基づいて、顕微鏡ユニット１２のカメラ１８、焦点合わせ機構１９の各動作の制御を行ってもよい。
【００５６】
図５に示すように、コントローラ４３は、さらに画像入力部４３Ａ、画像処理部４３Ｂ、画像出力部４３Ｃ及び位置検出部４３Ｄを備えている。顕微鏡２０を通してカメラ１８で撮像した画像信号が画像入力部４３Ａに入力される。画像処理部４３Ｂは、画像入力部４３Ａからの画像信号について画像処理を行う。画像出力部４３Ｃは、画像処理部４３Ｂで画像処理された画像情報を表示部４５へ出力する。位置検出部４３Ｄはカメラ１８で撮像された微小対象物の細胞等の位置や、第１キャピラリ２５、第２キャピラリ３５、第３キャピラリ５５の位置などを画像処理後の画像情報に基づいて検出することができる。画像入力部４３Ａ、画像処理部４３Ｂ、画像出力部４３Ｃ及び位置検出部４３Ｄは制御部４６Ａにより制御される。
【００５７】
画像処理部４３Ｂは、例えば、検出対象物の位置を検出するためにエッジ抽出処理やパターンマッチングを行い、その処理結果に基づいて位置検出部４３Ｄが細胞や第１キャピラリ２５、第２キャピラリ３５及び第３キャピラリ５５の位置を検出することができる。位置検出部４３Ｄからの検出位置情報と、あらかじめ設定もしくは作業中に設定された位置情報に基づいて、第１キャピラリ２５、第２キャピラリ３５及び第３キャピラリ５５等の駆動を制御してもよい。
【００５８】
また、制御部４６Ａは、第１マニピュレータ１４、第２マニピュレータ１５及び第３マニピュレータ１６を所定のシーケンスで自動的に駆動してもよい。かかるシーケンス駆動は、所定のプログラムによるＣＰＵの演算結果に基づいて制御部４６Ａが順次、それぞれに駆動指令を出力することで行われ、例えば、試料保持部材１１で多数の細胞を操作する場合、操作済みの細胞と操作前の細胞との区別のための操作を行うようになっている。
【００５９】
次に、図６、図７、図８を参照して、マニピュレーションシステム１０の駆動方法を説明する。図６は、マニピュレーションシステムによる微小対象物の回転操作の一例を示す説明図である。図７は、マニピュレーションシステムによる微小対象物に対する注入操作の一例を示す説明図である。図８は、マニピュレーションシステムの駆動方法を説明するためのフローチャート図である。図６及び図７の各左図は、図１に示す試料ステージ２２の上方（Ｚ方向）から見たときの模式平面図であり、各右図は、試料ステージ２２の側方（Ｙ方向）から見たときの模式側面図である。
【００６０】
図６、図７、図８は、マニピュレーションシステム１０の駆動方法の一例として、微小対象物である細胞１００の注入部分１００Ａに対してＤＮＡ溶液を注入する操作を示している。本実施形態において、細胞１００は受精卵であり、注入部分１００Ａは受精卵の内部にある雌性前核である。なお、本実施形態において微小対象物は、顕微鏡観察下でＤＮＡ溶液の注入操作や穿孔操作などの操作が行われる対象であり、受精卵に限られず、例えば卵細胞、またはその他の細胞であってもよい。
【００６１】
まず、第１マニピュレータ１４の第１キャピラリ２５が、試料ステージ２２上に載置された試料保持部材１１内の細胞１００を保持する（図６、ステップＳＴ１０、図８、ステップＳＴ１０−１）。第１キャピラリ２５が細胞１００を保持する際、まず、焦点合わせ機構１９（図５参照）が、顕微鏡２０（図１参照）の焦点位置を細胞１００の中心１００Ｃに一致させる。そして、第１キャピラリ２５の先端が顕微鏡２０の焦点位置に一致するように、制御部４６Ａ（図５参照）が第１キャピラリ２５の位置を移動する。これにより、細胞１００の中心１００ＣのＺ方向（鉛直方向）の位置と第１キャピラリ２５の開口２５ａのＺ方向の位置とが一致する。そして、吸引ポンプ２９（図５参照）の吸引圧（陰圧）により細胞１００が第１キャピラリ２５の開口２５ａに保持される。
【００６２】
制御部４６Ａは、第２マニピュレータ１５の第２キャピラリ３５を初期位置に移動する（図８、ステップＳＴ１０−２）。第２キャピラリ３５の先端のＹ方向の位置は、細胞１００の中心１００ＣのＹ方向の位置と一致し（図６、ステップＳＴ１０左図参照）、第２キャピラリ３５の先端のＺ方向の位置は、細胞１００の中心１００ＣのＺ方向の位置と一致する（図６、ステップＳＴ１０右図参照）。つまり、第２キャピラリ３５の先端の位置が第１キャピラリ２５のＺ方向の位置及びＹ方向の位置と一致するように移動操作される。細胞１００の注入部分１００ＡのＺ方向の位置は、図６のステップＳＴ１０の右図に示すように、第２キャピラリ３５の先端の位置とずれた位置になっている。なお、第３マニピュレータ１６の第３キャピラリ５５は、細胞１００から離間している。第３キャピラリ５５は、中心軸５５ｂの延長線が細胞１００の中心１００Ｃと交差するように配置される。
【００６３】
次に、制御部４６Ａは、吸引ポンプ２９の吸引を停止して、第１キャピラリ２５による細胞１００の保持を停止させる（図８、ステップＳＴ２０−１）。制御部４６Ａは、第３キャピラリ５５を細胞１００に近づく方向に移動させて、第３キャピラリ５５の開口５５ａを細胞１００に接触させる。細胞１００は、吸引ポンプ５９の吸引圧により第３キャピラリ５５の開口５５ａに保持される（図８、ステップＳＴ２０−２）。なお、図８に示すステップＳＴ２０−１とステップＳＴ２０−２との順番は異ならせてもよい。すなわち、第３キャピラリ５５の開口５５ａに細胞１００が保持された後に、第１キャピラリ２５による細胞１００の保持を停止してもよい。また、図６に示すように、第１キャピラリ２５の開口２５ａと第３キャピラリ５５の開口５５ａとの間に細胞１００が位置するように、第１キャピラリ２５と第３キャピラリ５５とが配置される。このため第１キャピラリ２５と第３キャピラリ５５との間で細胞１００の受け渡しを容易に行うことができる。
【００６４】
制御部４６Ａは、第３キャピラリ５５が細胞１００を保持した状態で、回転機構５７のステッピングモータ７０（図４参照）を回転駆動させて第３キャピラリ保持部材５４及び第３キャピラリ５５を周方向に回転させる。これにより、第３キャピラリ５５に保持された細胞１００の回転操作が行われる（図６、ステップＳＴ２０、図８、ステップＳＴ２０−３）。制御部４６Ａは、細胞１００の注入部分１００Ａが顕微鏡２０の焦点位置に一致するように第３キャピラリ５５を回転させる。これにより、第１キャピラリ２５及び第２キャピラリ３５の先端部分のＺ方向の位置と、細胞１００の注入部分１００ＡのＺ方向の位置とが一致する。
【００６５】
このように、第３キャピラリ５５が細胞１００を保持した状態で、第３キャピラリ５５を回転させることにより、容易に細胞１００の回転操作を行うことが可能である。回転操作の際に第１キャピラリ２５及び第２キャピラリ３５の操作を少なくすることができるため、第３マニピュレータ１６により容易に回転操作を行うことができ、操作に不慣れな作業者であっても確実に回転操作を行うことができる。また、回転操作の際に第１キャピラリ２５及び第２キャピラリ３５の操作を少なくすることで、回転操作における細胞１００の損傷の発生を抑制することができる。
【００６６】
細胞１００の回転操作において、第３キャピラリ５５の開口５５ａは、図４に示すステッピングモータ７０の回転中心軸７０ａの延長線と交差することが好ましい。第３キャピラリ５５は、中心軸５５ｂがステッピングモータ７０の回転中心軸７０ａと一致するように配置されることがより好ましい。こうすれば、第３キャピラリ５５は中心軸５５ｂを中心にして周方向に回転駆動するため、第３キャピラリ５５の開口５５ａに保持された細胞１００の中心１００Ｃの位置の変動を抑制することができる。したがって、細胞１００の回転操作後の第１キャピラリ２５及び第２キャピラリ３５の位置の調整を少なくして、容易に細胞１００の回転操作を実行することができる。
【００６７】
なお、第３キャピラリ５５の開口５５ａと細胞１００の注入部分１００Ａとが重なった場合には、注入部分１００ＡのＺ方向の位置の調整が困難となる場合がある。この場合、駆動機構５０、５２（図１参照）の駆動により第３キャピラリ５５の位置を変えて、細胞１００の注入部分１００Ａからずらした位置で開口５５ａに保持することができる。
【００６８】
細胞１００の回転操作により、注入部分１００ＡのＺ方向の位置は、第２キャピラリ３５の先端のＺ方向の位置と一致するが、注入部分１００ＡのＹ方向の位置は、第２キャピラリ３５の先端の位置とずれることとなる。このため、制御部４６Ａは、第２キャピラリ３５のＹ方向の位置を調整する必要がある。
【００６９】
まず、制御部４６Ａは、吸引ポンプ５９の吸引を停止し、第３キャピラリ５５による細胞１００の保持を停止する（図８、ステップＳＴ３０−１）。そして、制御部４６Ａは、吸引ポンプ２９の吸引を開始して、吸引ポンプ２９の吸引圧（陰圧）により第１キャピラリ２５の開口２５ａに細胞１００が保持される（図８、ステップＳＴ３０−２）。制御部４６Ａは、第２マニピュレータ１５の駆動装置４０を駆動させて、第２キャピラリ３５のＹ方向の位置を調整する（図８、ステップＳＴ３０−３）。これにより、第２キャピラリ３５の先端のＹ方向の位置と注入部分１００ＡのＹ方向の位置とが一致する（図６、ステップＳＴ３０）。
【００７０】
以上のように、第１キャピラリ２５、第２キャピラリ３５及び第３キャピラリ５５を駆動させることで、細胞１００の回転操作を行うことができる。なお、回転機構５７は、第１マニピュレータ１４に設けてもよい。しかし、図２に示すように、細胞１００を保持するための第１キャピラリ２５は屈曲部２５ｂを有しており、屈曲部２５ｂよりも先端側の部分は、第１キャピラリ保持部材２４の軸方向に対して曲げられている場合がある。このため、第１マニピュレータ１４に回転機構を設けて、第１キャピラリ２５の先端に細胞１００が保持された状態で第１キャピラリ保持部材２４を周方向に回転させると、細胞１００の中心１００Ｃの位置が大きくずれることとなり、回転操作が困難となる場合が生じる。
【００７１】
本実施形態において、回転操作を行うための第３マニピュレータ１６を設けて、第３キャピラリ５５が細胞１００を保持した状態で、第３キャピラリ５５を回転させることにより、容易に細胞１００の回転操作を行うことが可能である。第２キャピラリ５５は、ステッピングモータ７０の回転中心軸７０ａの延長線と第３キャピラリ５５の中心軸５５ｂとを略一致させるように取り付けられて、ステッピングモータ７０の回転中心軸７０ａの延長線が第３キャピラリ５５の開口５５ａと交差する。このため、第３キャピラリ５５の開口５５ａに細胞１００が保持された状態で第３キャピラリ５５を周方向に回転させた場合、細胞１００は中心１００Ｃの位置ずれが抑制される。したがって、細胞１００の回転操作を行った場合でも第１キャピラリ２５及び第２キャピラリ３５の位置の調整が容易である。
【００７２】
次に、図７に示すように、制御部４６Ａは、第２マニピュレータ１５の第２キャピラリ３５により細胞１００にＤＮＡ溶液を注入する操作を実行する。制御部４６Ａは、第１キャピラリ２５に細胞１００が保持された状態で、第３キャピラリ５５を細胞１００から離れる方向に移動させる。
【００７３】
そして、制御部４６Ａは、微動機構４４の圧電素子９２（図３参照）を駆動して、第２キャピラリ３５を細胞１００側に移動させる。第２キャピラリ３５の先端は細胞１００の内部に挿入されて、細胞１００に穿孔が形成される。第２キャピラリ３５は、先端が注入部分１００Ａに達する位置まで移動する。その後、制御部４６Ａは、注入ポンプ３９を駆動して、第２キャピラリ３５の先端から注入部分１００ＡにＤＮＡ溶液を注入する（図７、図８、ステップＳＴ４０）。なお、細胞１００に注入するＤＮＡ溶液は、細胞１００の保持操作及び回転操作を行う前に、吸引するなどの方法で第２キャピラリ３５の内部空間に保持されている。第２キャピラリ３５は、内部空間に保持してあるＤＮＡ溶液を注入部分１００Ａに注入する。
【００７４】
第２キャピラリ３５による注入部分１００Ａへの注入操作が終了した後、制御部４６Ａは第２キャピラリ３５を細胞１００から離れる方向に退避させ、細胞１００から第２キャピラリ３５を抜く（図７、図８、ステップＳＴ５０）。そして、第１マニピュレータ１４の吸引ポンプ２９の吸引動作を停止し、第１キャピラリ２５による細胞１００の保持を停止する。細胞１００は、第１キャピラリ２５から解放され試料ステージ２２の移動に対応して移動する状態となる。
【００７５】
以上のように、第１キャピラリ２５、第２キャピラリ３５を駆動させることで、細胞１００の注入部分１００Ａに対して注入操作を行うことができる。
【００７６】
なお、本実施形態のマニピュレーションシステム１０の駆動方法は適宜変更してもよい。本実施形態において、図６のステップＳＴ１０に示すように、細胞１００の位置を基準として第１キャピラリ２５及び第２キャピラリ３５の先端が初期位置に配置される。しかし、例えば、試料保持部材１１の培養中の複数の細胞に対して連続して操作を行う等、注入操作の際における細胞１００の注入部分１００ＡのＺ方向の位置があらかじめ設定されている場合は、図６のステップＳＴ１０、図８のステップＳＴ１０−１、ＳＴ１０−２を省略してもよい。すなわち、第３キャピラリ５５の回転駆動により、細胞１００の注入部分１００Ａがあらかじめ設定されたＺ方向の位置になるように回転操作を行い、その後第１キャピラリ２５及び第２キャピラリ３５の位置を調整してもよい。
【００７７】
以上説明したように、本実施形態のマニピュレーションシステム１０は、微小対象物（細胞１００）が載置される試料ステージ２２と、細胞１００を保持するための第１キャピラリ２５を備える第１マニピュレータ１４と、第１キャピラリ２５に保持された細胞１００を操作する第２キャピラリ３５を備える第２マニピュレータ１５と、細胞１００を保持する第３キャピラリ５５を回転させる回転機構５７を備える第３マニピュレータ１６と、を有する。
【００７８】
これによれば、回転操作を行うための第３マニピュレータ１６を設けて、第３キャピラリ５５が細胞１００を保持した状態で、第３キャピラリ５５を回転させることにより、容易に細胞１００の回転操作を行うことが可能である。すなわち、細胞１００の保持操作を行うための第１マニピュレータ１４及び細胞１００に対する操作を行うための第２マニピュレータ１５とは別に、第３マニピュレータ１６を追加することで、回転操作の際に第１キャピラリ２５及び第２キャピラリ３５の操作を少なくすることができる。このため、第３マニピュレータ１６により容易に回転操作を行うことができ、操作に不慣れな作業者であっても確実に回転操作を行うことができる。また、回転操作の際に第１キャピラリ２５及び第２キャピラリ３５の操作を少なくすることで、回転操作における細胞１００の損傷の発生を抑制できる。
【００７９】
また、細胞１００を回転操作するための第３マニピュレータ１６を追加するのみで細胞１００の回転操作を実現できる。このため、第１マニピュレータ１４、第２マニピュレータ１５及び試料ステージ２２の構成の変更を少なくすることができ、細胞１００に対する操作が制限されることを抑制できる。
【００８０】
本実施形態のマニピュレーションシステム１０によれば、試料ステージ２２の載置面２２ａと略平行な面内において、第１キャピラリ２５と第２キャピラリ３５とは細胞１００を挟んで配置されており、第３キャピラリ５５は、第１キャピラリ２５及び第２キャピラリ３５と異なる位置に配置されていることが好ましい。これによれば、第３キャピラリ５５を設置する位置の自由度が大きいため、第１マニピュレータ１４、第２マニピュレータ１５及び試料ステージ２２等の構成が変更した場合であっても、第３マニピュレータ１６を容易に設置することができ、細胞１００の回転操作を実現することができる。
【００８１】
本実施形態のマニピュレーションシステム１０によれば、第３キャピラリ５５の先端部に開口５５ａが設けられており、開口５５ａは回転機構５７の回転中心軸７０ａの延長線と交差することが好ましい。これによれば、回転操作の際に、細胞１００は回転機構５７の回転中心軸７０ａの延長線と交差する位置に保持されることとなる。このため、第３キャピラリ５５の開口５５ａに保持された細胞１００が、第３キャピラリ５５の回転とともに回転した場合に、細胞１００の中心１００Ｃの位置の変動が抑制される。したがって、細胞１００の回転操作の後、第１キャピラリ２５及び第２キャピラリ３５の位置の調整が容易であり、第１マニピュレータ１４による細胞１００の保持及び第２マニピュレータ１５による細胞１００の操作を容易に行うことができる。
【００８２】
本実施形態のマニピュレーションシステム１０によれば、回転機構５７は、回転中心軸７０ａに沿った貫通孔７０ｂを有するモータ７０と、貫通孔７０ｂに挿通され、第３キャピラリ５５を回転中心軸７０ａに沿って保持するための中空軸部材７２と、を有する。これによれば、第３キャピラリ５５の回転角度及び回転速度はモータ７０により制御されるため、第３キャピラリ５５に保持された細胞１００の回転操作を精度よく行うことができる。
【００８３】
本実施形態のマニピュレーションシステム１０によれば、第１キャピラリ２５は屈曲部２５ｂまたは湾曲部を有し、屈曲部２５ｂまたは湾曲部よりも先端部側の部分が試料ステージ２２に対して略平行方向に延びることが好ましい。これによれば、第２キャピラリ３５による操作の際に、第１キャピラリ２５の先端と第２キャピラリ３５の先端とを細胞１００を挟んで対向して配置させることができ、第１キャピラリ２５により確実に細胞１００を保持することが可能である。
【００８４】
本実施形態の回転アクチュエータ６０は、細胞１００が載置される試料ステージ２２と、細胞１００を保持する第１キャピラリ２５を備える第１マニピュレータ１４と、第１キャピラリ２５に保持された細胞１００を操作する第２キャピラリ３５を備える第２マニピュレータ１５と、を含むマニピュレーションシステム１０に用いられる回転アクチュエータ６０であって、細胞１００を保持するための第３キャピラリ５５と、第３キャピラリ５５を回転させる回転機構５７と、を備える。
【００８５】
これによれば、回転アクチュエータ６０により細胞１００の回転操作を容易に行うことができる。細胞１００を保持するための第１マニピュレータ１４と、細胞１００を操作するための第２マニピュレータ１５に加えて、細胞１００を回転操作するための回転アクチュエータ６０を含む第３マニピュレータ１６を追加するのみで細胞１００の回転操作を実現できる。
【００８６】
本実施形態のマニピュレーションシステム１０の駆動方法は、細胞１００が載置される試料ステージ２２と、細胞１００を保持するための第１キャピラリ２５を備える第１マニピュレータ１４と、第１キャピラリ２５に保持された細胞１００を操作する第２キャピラリ３５を備える第２マニピュレータ１５と、を有するマニピュレーションシステム１０の駆動方法であって、第１キャピラリ２５が細胞１００の保持を停止した際に、第３マニピュレータ１６の第３キャピラリ５５が細胞１００を保持するステップと、回転機構５７が、細胞１００を保持する第３キャピラリ５５を回転させるステップと、を有する。
【００８７】
これによれば、細胞１００の保持操作を行うための第１マニピュレータ１４及び細胞１００に対する操作を行うための第２マニピュレータ１５とは別に、第３マニピュレータ１６を追加することで、回転操作の際に第１キャピラリ２５及び第２キャピラリ３５の操作を少なくすることができる。このため、第３マニピュレータ１６により容易に回転操作を行うことができ、操作に不慣れな作業者であっても確実に回転操作を行うことができる。また、回転操作の際に第１キャピラリ２５及び第２キャピラリ３５の操作を少なくすることで、回転操作における細胞１００の損傷の発生を抑制できる。
【００８８】
本実施形態のマニピュレーションシステム１０、回転アクチュエータ６０及びマニピュレーションシステム１０の駆動方法は適宜変更してもよい。例えば、第１キャピラリ２５、第２キャピラリ３５及び第３キャピラリ５５の形状等は、微小対象物の種類や、微小対象物に対する操作に応じて適宜変更することが好ましい。また、本実施形態では、図１に示すように第３マニピュレータ１６は第２マニピュレータ１５と隣り合って配置されているが、これに限定されない。第３マニピュレータ１６の位置や構成は、第１マニピュレータ１４及び第２マニピュレータ１５の構成に応じて変更することが好ましい。
【００８９】
また、図６の各右図に示すように、第１キャピラリ２５及び第２キャピラリ３５は、試料保持部材１１の底面に対して平行な方向（Ｘ方向）に延出するように配置されているが、これに限定されず、試料保持部材１１の底面に対して傾いていてもよい。また、第１キャピラリ２５及び第２キャピラリ３５は、平面視においても、Ｘ方向に平行な方向に延出しているが、Ｘ方向に対して傾いていてもよい。第３キャピラリ５５は、試料保持部材１１の法線方向に対して傾いて設けられていてもよく、試料保持部材１１の底面に対して平行方向に設けられていてもよい。第３キャピラリ５５は、回転操作により注入部分１００ＡのＺ方向の位置を変更できるように、開口５５ａが注入部分１００Ａと重ならない位置に設置されていればよい。
【符号の説明】
【００９０】
１０  マニピュレーションシステム
１１  試料保持部材
１２  顕微鏡ユニット
１４  第１マニピュレータ
１５  第２マニピュレータ
１６  第３マニピュレータ
１８  カメラ
１９  焦点合わせ機構
２０  顕微鏡
２２  試料ステージ
２４  第１キャピラリ保持部材
２５  第１キャピラリ
２５ａ  開口
２５ｂ  屈曲部
２６  Ｘ‐Ｙ軸テーブル
２８  Ｚ軸テーブル
３０、３２  駆動装置
３４  第２キャピラリ保持部材
３５  第２キャピラリ
３６  Ｘ‐Ｙ軸テーブル
３８  Ｚ軸テーブル
４０、４２  駆動装置
４３  コントローラ
４４  微動機構
４４ａ  圧電アクチュエータ
４５  表示部
４７Ａ、４７Ｂ  ジョイスティック
４９  タッチパネル
５０、５２  駆動装置
５４  第３キャピラリ保持部材
５５  第３キャピラリ
５５ａ  開口
５５ｂ  中心軸
５６  Ｘ‐Ｙ軸テーブル
５７  回転機構
５８  Ｚ軸テーブル
５９  吸引ポンプ
６０  回転アクチュエータ
７０  ステッピングモータ
７０ａ  回転中心軸
７０ｂ  貫通孔
７１ａ、７１ｂ  固定部材
７２  中空軸部材
８０、８２  転がり軸受
８６  ロックナット
８７  ハウジング
９０  スペーサ
９２  圧電素子
１００  細胞
１００Ａ  注入部分
１００Ｃ  中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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