(57)【要約】      （修正有）【課題】微細で柔らかい細胞塊を、変形させず、かつ損傷させないように、吸着し保持した後、その細胞塊を所定の場所に載置することが可能な細胞塊吸着載置器、および自動で高精度かつ迅速に細胞塊を吸着・保持・移送・載置することが可能な細胞塊移載装置を提供する。【解決手段】ノズル１１０と、該ノズルが屈曲自在の配管を介して接続される正負圧発生制御手段１４０と、該ノズルを通過する空気流量を測定する流量測定部１３０と、を備え、正負圧発生制御手段１４０は、流量測定部１３０から出力される流量信号に基づいて、細胞塊の吸着と保持および載置の状態を検知し、正負圧発生制御手段１４０が発生する正負圧力とノズル１１０を通過する空気流量を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞塊の吸着と保持および載置を行う細胞塊吸着載置器であって、
ノズルと、
該ノズルが屈曲自在の配管を介して接続される正負圧発生制御手段と、
該ノズルを通過する空気流量を測定する流量測定部と、
を備え、
前記正負圧発生制御手段は、
前記流量測定部から出力される流量信号に基づいて、
前記細胞塊の吸着と保持および載置の状態を検知し、該正負圧発生制御手段が発生する正負圧力と前記ノズルを通過する空気流量を制御することを特徴とする細胞塊吸着載置器
【請求項２】
請求項１において、前記流量測定部は、前記ノズルと前記正負圧発生制御手段とを接続する配管途中に挿入され、
オリフィスと、
該オリフィスの前記ノズル側に設けられた第１空気圧室と、
該第１空気圧室内の圧力を測定する第１圧力計と、
前記オリフィスの前記正負圧発生制御手段側に設けられた第２空気圧室と、
該第２空気圧室内の圧力を測定する第２圧力計と、
前記第１圧力計からの第１圧力信号と前記第２圧力計からの第２圧力信号から前記空気流量を計算する流量計算手段と、
を備え、
該流量計算手段から流量信号を出力することを特徴とする細胞塊吸着載置器
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の細胞塊吸着載置器と、
該細胞塊吸着載置器のノズルを三次元的に相対移動させる三次元移動手段と、
細胞塊を収容する収容凹部を形成した収容プレートと、
細胞塊を載置する載置プレートと、
を備えることを特徴とする細胞塊移載装置
【請求項４】
請求項３において、前記流量測定部から出力される流量信号に基づいて、前記ノズルの先端と前記収容プレートあるいは前記載置プレートとの隙間寸法を計算する隙間寸法計算手段を備えることを特徴とする細胞塊移載装置
【請求項５】
請求項４において、前記三次元移動手段により、前記ノズルを前記収容プレートの上あるいは前記載置プレートの上を平面的に走査し、前記隙間寸法計算手段により前記ノズルの各走査位置における隙間寸法から前記収容プレートあるいは前記載置プレートの面形状を測定する面形状測定手段を備えることを特徴とする細胞塊移載装置
【請求項６】
請求項５において、前記面形状測定手段により、細胞塊を収容している収容プレートの収容面形状と細胞塊を収容していない収容プレートの未収容面形状とを測定し、前記収容面形状および前記未収容面形状から収容された細胞塊の立体形状および該細胞塊の位置を計算する収容立体形状位置計算手段を備えることを特徴とする細胞塊移載装置
【請求項７】
請求項６において、前記面形状測定手段により、細胞塊が立体的に載置された載置プレートの載置面形状と細胞塊が載置されていない載置プレートの未載置面形状とを測定し、前記載置面形状および前記未載置面形状から立体的に載置された立体細胞塊の立体形状および該立体細胞塊の位置を計算する載置立体形状位置計算手段を備えることを特徴とする細胞塊移載装置
【請求項８】
請求項６において、前記載置プレートに立体的に載置された立体細胞塊をステレオ視する複数台のカメラと、該カメラの画像信号を取り込み、ステレオ視の原理に基づいて立体細胞塊の立体形状および該立体細胞塊の位置を計算する載置立体形状位置計算手段と、を備えたことを特徴とする細胞塊移載装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細で柔らかい細胞塊を、変形させず、かつ損傷させないように、吸着し保持した後に、所定の場所に、高精度で迅速に、かつ自動で、移送して載置する細胞塊吸着載置器および細胞塊移載装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、微細な細胞塊の移送載置においては、人間が、ピンセットやホールディングピペットなどの把持器具を用いて、細胞塊を把持し移送載置する、手動移載方法が一般的であった。しかし、この手動移載方法では、柔らかい細胞塊を変形させたり損傷したりするなどの問題、また、多数の微細な細胞塊を移載するには長時間を要したり、載置する位置精度が安定しないなどの問題があった。
【０００３】
これらの点に鑑みて、近年、特許文献１のように、収容プレートに形成された収容凹部に収容された細胞塊を、吸引ノズルにより吸着保持して移送載置させる自動移載装置が発明されている。この自動移載装置においては、収容プレートの下方から上記細胞塊と吸引ノズルとを一度に撮影する下方カメラを備え、上記細胞塊の位置と吸引ノズルの吸着部の先端位置とを同時に画像認識することで、細胞塊に対する吸引ノズルの位置を確認した後に、前記細胞塊を吸着保持するための吸引ノズルの移動動作を制御していた。しかし、下方カメラで収容プレートを通して吸引ノズルと細胞塊を撮影すると、下方カメラの画像にボケや歪などが生じるという問題があった。また、下方カメラの画像から細胞塊の位置と吸引ノズルの吸着部の先端位置とを画像認識するには、高価な画像認識装置が必要であった。さらに、細胞塊を吸着させる都度行う画像認識に、長時間を要するという課題もあった。一方では、吸引ノズルによる吸着保持時の吸引力や保持力を制御していないので、柔らかい細胞塊を変形させたり損傷したりするなどの問題や、吸引ノズル内径に近い寸法の細胞塊を吸引ノズルに吸い込んだりする問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−５７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたもので、微細で柔らかい細胞塊を、変形させず、かつ損傷させないように、吸着し保持した後、その細胞塊を所定の場所に載置することが可能な細胞塊吸着載置器、および自動で高精度かつ迅速に細胞塊を吸着・保持・移送・載置することが可能な細胞塊移載装置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】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１の細胞塊吸着載置器は、ノズルと、
該ノズルが屈曲自在の配管を介して接続される正負圧発生制御手段と、該ノズルを通過する空気流量を測定する流量測定部と、を備え、前記正負圧発生制御手段は、前記流量測定部から出力される流量信号に基づいて、前記細胞塊の吸着と保持および載置の状態を検知し、該正負圧発生制御手段が発生する正負圧力と前記ノズルを通過する空気流量を制御することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２の細胞塊吸着載置器は、請求項１において、前記流量測定部は、前記ノズルと前記正負圧発生制御手段とを接続する配管途中に挿入され、オリフィスと、該オリフィスの前記ノズル側に設けられた第１空気圧室と、該第１空気圧室内の圧力を測定する第１圧力計と、前記オリフィスの前記正負圧発生制御手段側に設けられた第２空気圧室と、
該第２空気圧室内の圧力を測定する第２圧力計と、前記第１圧力計からの第１圧力信号と前記第２圧力計からの第２圧力信号から前記空気流量を計算する流量計算手段と、を備え、
該流量計算手段から流量信号を出力することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３の細胞塊移載装置は、請求項１または請求項２に記載の細胞塊吸着載置器と、該細胞塊吸着載置器のノズルを三次元的に相対移動させる三次元移動手段と、細胞塊を収容する収容凹部を形成した収容プレートと、細胞塊を載置する載置プレートと、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４の細胞塊移載装置は、請求項３において、前記流量測定部から出力される流量信号に基づいて、前記ノズルの先端と前記収容プレートあるいは前記載置プレートとの隙間寸法を計算する隙間寸法計算手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５の細胞塊移載装置は、請求項４において、前記三次元移動手段により、前記ノズルを前記収容プレートの上あるいは前記載置プレートの上を平面的に走査し、前記隙間寸法計算手段により前記ノズルの各走査位置における隙間寸法から前記収容プレートあるいは前記載置プレートの面形状を測定する面形状測定手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６の細胞塊移載装置は、請求項５において、前記面形状測定手段により、細胞塊を収容している収容プレートの収容面形状と細胞塊を収容していない収容プレートの未収容面形状とを測定し、前記収容面形状および前記未収容面形状から収容された細胞塊の立体形状および該細胞塊の位置を計算する収容立体形状位置計算手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７の細胞塊移載装置は、請求項６において、前記面形状測定手段により、細胞塊が立体的に載置された載置プレートの載置面形状と細胞塊が載置されていない載置プレートの未載置面形状とを測定し、前記載置面形状および前記未載置面形状から立体的に載置された立体細胞塊の立体形状および該立体細胞塊の位置を計算する載置立体形状位置計算手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項８の細胞塊移載装置は、請求項６において、前記載置プレートに立体的に載置された立体細胞塊をステレオ視する複数台のカメラと、該カメラの画像信号を取り込み、ステレオ視の原理に基づいて立体細胞塊の立体形状および該立体細胞塊の位置を計算する載置立体形状位置計算手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の細胞塊吸着載置器は、ノズルを通過する空気流量からノズルと細胞塊との隙間寸法を測定することで、細胞塊の吸着・保持・載置の各段階を検知し、かつノズルと細胞塊との距離に応じた圧力制御ができるため、細胞塊を損傷することなく吸着保持できる。また、本発明の細胞塊移載装置は、ノズルを通過する空気流量から収容プレートと載置プレートの位置を認識し、さらに収容プレートと載置プレートの寸法とから細胞塊を吸着する位置と細胞塊を載置する位置とを特定することができるため、高精度かつ迅速に、自動で細胞塊を移送載置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る細胞塊吸着載置器の概略構成図
【図２】ノズルの概略構成図と、ノズル先端部の拡大図
【図３】流量測定部の概略構成図
【図４】正負圧発生制御手段の概略構成図
【図５】本発明の細胞塊移載装置における本体部の概略斜視図
【図６】収容プレートの概略図であり、（ａ）収容プレートの概略斜視図と（ｂ）収容凹部の縦断面図
【図７】（ａ）逐次走査方法、（ｂ）自動走査方法
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の細胞塊吸着載置器および細胞塊移載装置の実施形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。まず、本発明の細胞塊吸着載置器の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
［細胞塊吸着載置器］
図１は、本発明に係る細胞塊吸着載置器の概略構成図である。本実施形態の細胞塊吸着載置器１００は、ノズル１１０と、トラップ１２０と、流量測定部１３０と、正負圧発生制御手段１４０と、これらを順に接続する配管１５０，１５１，１５２とを備える。ノズル１１０とトラップ１２０とを接続する配管１５０は、容易にノズル１１０のみを移動させることができるように、屈曲自在のものが好ましい。また、ノズル１１０と、配管１５０と、トラップ１２０とを一体にして、配管１５１を屈曲自在のものにしても良い。さらに、ノズル１１０と、配管１５０と、トラップ１２０と、配管１５１と、流量測定部１３０とを一体にして、配管１５２を屈曲自在のものにしても良い。トラップ１２０は、細胞塊等をノズル１１０に吸着させる際にノズル１１０を通過する培養液等を貯留するために備えられているが、備えなくても良い。
【００１８】
図２は、ノズル１１０の概略構成図と、該ノズルのノズル先端部１１１の拡大図である。ノズル１１０は、細胞塊の吸着と保持および載置するノズルの先端部分であるノズル先端部１１１と、ノズル１１０を把持する部分であるノズル胴体部１１２と、配管１５０に接続するためのアダプタ部１１３とで構成される。ノズル先端部１１１は、その内径を細胞塊の大きさに適合させるために、脱着交換可能なものが良い。また、吸着保持の際に細胞塊を損傷しないために、ノズル先端部１１１の先端形状は、図２の拡大図のように丸まっていることが好ましい。
【００１９】
図３は、流量測定部１３０の概略構成図である。流量測定部１３０は、オリフィス１３３と、オリフィス１３３の上流側（ノズル１１０側）に設けられた第１空気圧室１３４と、該第１空気圧室１３４の圧力を測定する第１圧力計１３１と、オリフィス１３３の下流側（正負圧発生制御手段１４０側）に設けられた第２空気圧室１３５と、該第２空気圧室１３５の圧力を測定する第２圧力計１３２と、第１圧力計１３１から出力される第１圧力信号並びに第２圧力計１３２から出力される第２圧力信号から、ノズル１１０を通過する空気流量を計算して流量信号を出力するための流量計算手段１３６と、を備える。
【００２０】
流量測定部１３０の第１空気圧室１３４は、配管１５１を介してトラップ１２０に接続され、第２空気圧室１３５は、配管１５２を介して正負圧発生制御手段１４０に接続される。流量測定部１３０は、流量計算手段１３６からの流量信号と、第２圧力計１３２からの第２圧力信号と、を正負圧発生制御手段１４０に出力する。流量計算手段１３６を、正負圧発生制御手段１４０に組み込んだ構成であってもよい。この場合、流量測定部１３０は、第１圧力計１３１からの第１圧力信号と、第２圧力計１３２からの第２圧力信号と、を正負圧発生制御手段１４０に出力する。また、流量測定部１３０全体を、正負圧発生制御手段１４０に組み込んだ構成であってもよい。
【００２１】
流量計算手段１３６は、アナログデジタル変換器、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＭＰＵ、デジタルアナログ変換器などの個別ＩＣで構成したもの、あるいは、これらの個別ＩＣを集積したワンチップマイコンで容易に構成できる。具体的には、ＭＰＵは、ＲＯＭに格納されたプログラムに基づいて、アナログデジタル変換器により第１圧力計１３１からの第１圧力信号と第２圧力計１３２からの第２圧力信号とをアナログデジタル変換した後、それらのデジタル値からデジタル流量を計算する。その後、ＭＰＵは、デジタル流量値をそのまま、あるいは、デジタルアナログ変換器によりアナログ流量値に変換した、流量信号として正負圧発生制御手段１４０に出力する。
【００２２】
図４は、正負圧発生制御手段１４０の概略構成図である。正負圧発生制御手段１４０は、可変バルブ１４１と、切替バルブ１４２と、減圧源１４３と、加圧源１４４と、これらを接続する配管１５３，１５４，１５５と、減圧源１４３の圧力を測定する第３圧力計１４５と、加圧源１４４の圧力を測定する第４圧力計１４６と、計測制御手段１４７と、を備える。流量測定部１３０（厳密には第２空気圧室１３５）は、配管１５２を介して可変バルブ１４１に接続される。また、可変バルブ１４１は、配管１５３を介して切替バルブ１４２に接続される。さらに、切替バルブ１４２は、配管１５４を介して減圧源１４３と、配管１５５を介して加圧源１４４に接続される。
【００２３】
減圧源１４３には、真空ポンプ、例えば、油回転ポンプが使用できる。加圧源１４４には、コンプレッサが使用できる。また、容積移動式ポンプ、例えば、ダイアフラムポンプ
は、その入出力を入れ替えることにより、減圧源１４３にも、加圧源１４４にも使用できる。さらに、加圧源１４４は、大気圧であっても良い。
【００２４】
計測制御手段１４７は、流量測定部１３０からの流量信号と第２圧力信号とを受け取って、可変バルブ１４１の開度を調節する制御信号を可変バルブ１４１に出力するとともに、第３圧力信号と第４圧力信号とを受け取って、可変バルブ１４１を減圧源１４３に接続するか加圧源１４４に接続するかを切替える切替信号を切替バルブ１４２に出力する機能を備える。また、計測制御手段１４７は、外部からの指令信号により、下記に説明する＜吸着モード＞と＜保持モード＞、および＜載置モード＞の動作を行う機能を備える。さらに、計測制御手段１４７は、＜吸着モード＞と＜保持モード＞、および＜載置モード＞の動作状態を表す状態信号を外部に出力する機能を備える。
【００２５】
計測制御手段１４７は、市販のシーケンサで構成しても良いし、また、アナログデジタル変換器、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＭＰＵ、デジタルアナログ変換器などの個別ＩＣで構成しても良いし、さらに、これらの機能を集積したワンチップマイコンで構成しても良い。
【００２６】
次に、本実施形態における細胞塊吸着載置器１００の動作について細胞塊をノズル先端部１１１に吸着する＜吸着モード＞、吸着した細胞塊をノズル先端部１１１に保持する＜保持モード＞、および、保持した細胞塊をノズル先端部１１１から載置する＜載置モード＞に分けて説明する。
【００２７】
＜吸着モード＞
吸着モードにおいては、外部からの指令信号に応じて、以下の手順により、細胞塊をノズル先端部１１１に吸着する。
（１）（吸着初期化）正負圧発生制御手段１４０の計測制御手段１４７は、可変バルブ１４１を閉じ、切替バルブ１４２を減圧源１４３側に接続した後に、減圧源１４３の圧力を測定する第３圧力計１４５からの第３圧力信号が初期圧力値になるように初期化する。この初期圧力値は、大気圧より低い負圧にする必要がある。一方、手動あるいは後述する三次元移動手段４０により、ノズル先端部１１１を吸着しようとする細胞塊の近傍に移動させ、吸着を開始する位置が所定の初期位置になるように初期化する。
（２）（吸着開始）正負圧発生制御手段１４０の計測制御手段１４７は、流量測定部１３０からの流量信号をモニターしながら、可変バルブ１４１を徐々に開く。
（３）（吸着終了）正負圧発生制御手段１４０の計測制御手段１４７は、流量測定部１３０からの流量信号が所定の吸着流量以下になれば、次の＜保持モード＞にモード移行する。また、正負圧発生制御手段１４０の計測制御手段１４７は、流量測定部１３０からの流量信号が所定の吸着流量以下にならなければ、細胞塊の吸着不能状態を表わす吸着不能信号を表示、あるいは、外部に出力する。
【００２８】
＜保持モード＞
（４）（保持）＜吸着モード＞からのモード移行により、正負圧発生制御手段１４０の計測制御手段１４７は、流量測定部１３０からの流量信号が所定の保持流量を保つように、可変バルブ１４１の開度を自動制御する。また、正負圧発生制御手段１４０の計測制御手段１４７は、細胞塊の保持状態を表わす保持信号を表示、あるいは、外部に出力する。これにより、次の＜載置モード＞に移行することができる。ノズル先端部１１１に吸着保持したノズル１１０は、手動あるいは後述する三次元移動手段４０により、初期位置から移動させても良い。
【００２９】
＜載置モード＞
外部からの指令信号に応じて、＜保持モード＞における細胞塊の保持状態を表わす保持信号を確認した後、以下の手順により、ノズル先端部１１１に保持されている細胞塊を所定の載置位置に載置する。
（５）（載置初期化）正負圧発生制御手段１４０の計測制御手段１４７は、加圧源１４３の圧力を測定する第４圧力計１４６からの第４圧力信号が初期圧力値になるように初期化する。この初期圧力値は、大気圧より少し高い正圧とすることが好ましい。一方、手動あるいは後述する三次元移動手段４０により、ノズル先端部１１１から細胞塊を載置しようとする載置位置に、ノズル１１０を移動させる。
（６）（載置開始）正負圧発生制御手段１４０の計測制御手段１４７は、切替バルブ１４２により加圧源１４４側に接続した後に、流量測定部１３０からの流量信号をモニターしながら、可変バルブ１４１を徐々に開く。
（７）（載置終了）正負圧発生制御手段１４０の計測制御手段１４７は、流量測定部１３０からの流量信号が所定の載置流量以上になれば、細胞塊の載置が終了した細胞塊載置状態を表わす載置終了信号を表示、あるいは、外部に出力する。また、正負圧発生制御手段１４０の計測制御手段１４７は、流量測定部１３０からの流量信号が所定の載置流量に達しなければ、細胞塊の載置不能状態を表わす載置不能信号を表示、あるいは、外部に出力する。
【００３０】
本実施形態における細胞塊吸着載置器１００の動作について詳細に上述したが、正負圧発生制御手段１４０の計測制御手段１４７は、上述の主旨に基づく動作を含め他の動作や類似の動作を行っても良い。
【００３１】
本実施形態における細胞塊吸着載置器１００は、上述のように、流量測定部１３０からの流量信号に基づいて、前記細胞塊の吸着と保持および載置の状態を検知し、該正負圧発生制御手段１４０が発生する正負圧力と前記ノズルを通過する空気流量を制御することを特徴としているので、過剰な吸着力や保持力による細胞塊の変形や損傷を防ぐことができる。また、過剰な吸着力により、ノズル内径に近い寸法の細胞塊をノズルに吸い込む可能性を低減できる。
【００３２】
次に、本発明の細胞塊移載装置の第１実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
［細胞塊移載装置］
図５は、本発明に係る細胞塊移載装置１０（制御手段５０を除く）における本体部１１の概略斜視図である。細胞塊移載装置１０は、収容プレート２０を固定する収容プレート台２５と、載置プレート３０を固定する載置プレート台３５と、細胞塊吸着放置器１００のノズル胴体部１１２を把持しノズル先端部１１１を収容プレート２０および載置プレート３０に対して三次元的に相対移動させる三次元移動手段４０と、該三次元移動手段４０と細胞塊吸着載置器１００とを制御する制御手段５０と、を備える。
【００３３】
収容プレート台２５は、収容プレート２０を再固定しても該固定位置が変動しない機構を備える。具体的には、位置決めピンや位置決め板を備える。収容プレート台２５と載置プレート台３５は、上下２段構造で、収容プレート台２５が下部に、載置プレート台３５が上部に配置されるのが好ましい。この構造によれば、ノズル１１０を収容プレート２０から載置プレート３０までの移動距離が短くなるばかりでなく、載置プレート３０上に立体的に載置される立体細胞塊を観察するための実体顕微鏡４５を三次元移動手段４０と干渉せずに容易に配置することができる。なお、この第１実施形態においては、実体顕微鏡４５を必ずしも備える必要はない。しかし、次の第２実施形態においては、実体顕微鏡４５あるいはこれに代わるものを備える必要がある。
【００３４】
図６は、収容プレート２０の概略図であり、図６（ａ）は収容プレート２０の概略斜視図、図６（ｂ）は収容凹部２１の縦断面図である。収容プレート２０は、図６（ａ）に示すように、細胞塊を収容する収容凹部２１を備え、収容凹部２１には、図６（ｂ）に示すように、培養液とともに細胞塊を収容する。収容凹部２１の底部は、収容する細胞塊の位置が決まるよう一点に向けて深くなっていく構造であることが望ましく、例えば図６（ｂ）に示すような半球面状であることが好ましい。載置プレート３０の形状は特に限定はなく、例えば、収容プレート２０と同様な載置凹部を備えたものでも良い。
【００３５】
三次元移動手段４０は、細胞塊吸着載置器１００のノズル胴体部１１２を把持しノズル先端部１１１を収容プレート２０および載置プレート３０に対して三次元的に相対移動させるものである。具体的には、三次元移動手段４０は、細胞塊吸着載置器１００のノズル胴体部１１２を把持する把持部４１と、把持部４１をＸ軸方向に移動させるＸ軸直動ステージ４２と、Ｙ軸方向に移動させるＹ軸直動ステージ４３と、Ｚ軸方向に移動させるＺ軸直動ステージ４４とを備え、各ＸＹＺ軸直動ステージ４２，４３，４４は、リニアガイドとボールねじおよびサーボモータあるいはステッピングモータ、さらに、これらのモータを駆動するサーボアンプあるいはドライバ等によって構成される。三次元移動手段４０は、他のもの、例えば、θ軸回転ステージと、Ｘ軸直動ステージと、Ｚ軸直動ステージとを備えたものであっても良い。三次元移動手段４０は、制御手段５０からの制御信号を受け取って、前記のモータを駆動する。
【００３６】
制御手段５０は、細胞塊吸着載置器１００と三次元移動手段４０とを制御して、ノズル１１０のノズル先端部１１１を収容プレート２０上の所定の吸着位置に移動させて収容プレート２０に収容された細胞塊を吸着保持した後、ノズル１１０のノズル先端部１１１を載置プレート２０上の所定の載置位置に移動させて吸着保持した細胞塊を載置する機能を備える。制御手段５０は、細胞塊吸着載置器１００の正負圧発生制御手段１４０の計測制御手段１４７、さらに、細胞塊吸着載置器１００の流量測定部１３０の流量計算手段１３６の機能を組み込んだものであっても良い。
【００３７】
上述した制御手段５０の機能は、アナログデジタル変換器、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＭＰＵ、デジタルアナログ変換器などの個別ＩＣで構成しても良いし、これらの機能を集積したワンチップマイコンで構成することができる。また、制御手段５０は、他のもの、例えば、市販のシーケンサ等で構成することができる。
【００３８】
制御手段５０は、上述した機能に加え、流量測定部１３０から出力される流量信号に基づいて、ノズル１１０の先端と収容プレート２０あるいは載置プレート３０との隙間寸法を計算する隙間寸法計算手段５１を備える。隙間寸法計算手段５１の機能は、上述の構成の制御手段５０に容易に組み込むことができる。ノズルと平面との隙間から流れる空気流量を測定すれば、ノズルと平面との隙間寸法が計測できることは、日本工業規格（流量式空気マイクロメータＪＩＳＢ７５３５）に記載されているので、ここでの説明は省略する。
【００３９】
制御手段５０は、隙間寸法計算手段５１の他に、三次元移動手段４０によりノズル１１０を収容プレート２０の上あるいは載置プレート３０の上を平面的に走査し、隙間寸法計算手段５１により計算したノズル１１０の各走査位置における隙間寸法から、収容プレート２０あるいは載置プレート３０の面形状を測定する面形状測定手段５２を備える。面形状測定手段５２の機能は、上述の構成の制御手段５０に容易に組み込むことができる。
【００４０】
三次元移動手段４０によりノズル１１０を収容プレート２０の上あるいは載置プレート３０の上を平面的に走査する方法として、２種類の方法、すなわち、（ａ）逐次走査方法と（ｂ）自動走査方法がある。以下に、図７を用いて、これらの方法を説明する。
【００４１】
（ａ）逐次走査方法は、隙間寸法を測定する位置毎に逐次走査する方法である。具体的には、面形状測定手段５２は、制御手段４０と三次元移動手段４０により、収容プレート２０あるいは載置プレート３０に対して垂直方向（Ｚ軸直動ステージ４４）のノズル１１０の位置を固定して、水平方向の一方向（Ｘ軸直動ステージ４２あるいはＹ軸直動ステージ４３）にノズル１１０を移動しながら、隙間寸法計算手段５１により、移動位置毎に逐次、隙間寸法を測定する。このとき、面形状測定手段５２は、各位置における隙間寸法を記憶する。なお、ノズル１１０の固定位置は、隙間寸法が小さく、ノズル１１０の走査によりノズル先端部１１１が収容プレート２０あるいは載置プレート３０に接触しないように設定するのが好ましい。
【００４２】
（ｂ）自動走査方法は、隙間寸法を一定に保って自動走査する方法である。具体的には、面形状測定手段５２は、制御手段５０と三次元移動手段４０により、収容プレート２０あるいは載置プレート３０に対して垂直方向（Ｚ軸直動ステージ４４）のノズル１１０の位置を初期隙間寸法になるように設定した後に、隙間寸法計算手段５１から出力される隙間寸法が、初期隙間寸法に一致するように、すなわち、隙間寸法を一定に保つようにＺ軸直動ステージ４４を自動制御しながら、ノズル１１０を水平方向の一方向（Ｘ軸直動ステージ４２あるいはＹ軸直動ステージ４３）に移動する。このとき、面形状測定手段５２は、各走査位置における隙間寸法（初期隙間寸法とその初期隙間寸法からのＺ軸直動ステージ４４の移動量との和）を記憶する。ノズル１１０の初期隙間寸法は、その値が小さく、ノズル１１０の走査によりノズル先端部１１１が収容プレート２０あるいは載置プレート３０に接触しないように設定するのが好ましい。
【００４３】
制御手段５０は、面形状測定手段５２により、細胞塊を収容している収容プレート２０の収容面形状と細胞塊を収容していない収容プレート２０の未収容面形状を測定し、収容面形状と未収容面形状から収容された細胞塊の立体形状および該細胞塊の位置を計算する収容立体形状位置計算手段５３を備える。収容立体形状位置計算手段５３の機能は、上述の構成の制御手段５０に容易に組み込むことができる。細胞塊を収容していない収容プレート２０の未収容面形状は、面形状測定手段５２により測定するのではなく、他の方法で求めたものでもよい。
【００４４】
制御手段５０は、面形状測定手段５２により、細胞塊が立体的に載置された載置プレート３０の載置面形状と細胞塊が載置されていない載置プレート３０の未載置面形状を測定し、載置面形状と未載置面形状から立体的に載置された立体細胞塊の立体形状および該立体細胞塊の位置を計算する載置立体形状位置計算手段５４を備える。載置立体形状位置計算手段５４は、上述の構成の制御手段５０に容易に組み込むことができる。細胞塊が載置されていない載置プレート３０の未載置面形状は、面形状測定手段５２により測定するのではなく、他の方法で求めたものでもよい。
【００４５】
本発明の細胞塊移載装置の第２実施形態を、第１の実施形態との相違点のみを以下に説明する。第２の実施形態においては、上述した載置立体形状位置計算手段５４に代えて、載置プレート３０に立体的に載置される立体細胞塊をステレオ視する複数台のカメラと、該カメラの画像信号を取り込み、ステレオ視の原理に基づいて立体細胞塊の立体形状および該立体細胞塊の位置を計算するステレオ視立体形状位置計算手段５５を備える。ステレオ視立体形状位置計算手段５５の機能は、上述の構成の制御手段５０に組み込むことができるが、市販のデジタル画像処理装置を用いて組み込むこともできる。
【００４６】
デジタル画像処理技術、例えば、特徴点抽出法を用いて、複数台のカメラからのデジタル画像における特徴点を抽出し、これらの特徴点に対するステレオ視の原理に基づいて、立体細胞塊の立体形状および該立体細胞塊の位置を容易に測定することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１１  本体部
２０  収容プレート
２１  収容凹部
３０  載置プレート
４０  三次元移動手段
４５  実体顕微鏡
１００  細胞塊吸着載置器
１１０  ノズル
１１１  ノズル先端部
１１２  ノズル胴体部
１３０  流量測定部
１３１  第１圧力計
１３２  第２圧力計
１３３  オリフィス
１３４  第１空気圧室
１３５  第２空気圧室
１４０  正負圧発生制御手段
１４１  可変バルブ
１４２  切替バルブ
１４３  減圧源
１４４  加圧源
１４５  第３圧力計
１４６  第４圧力計
１５０、１５１、１５２、１５３、１５４、１５５  配管
【図１】
2017169463.tif 000003
【図２】
2017169463.tif 000004
【図３】
2017169463.tif 000005
【図４】
2017169463.tif 000006
【図５】
2017169463.tif 000007
【図６】
2017169463.tif 000008
【図７】
2017169463.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月17日(2016.10.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞塊の吸着と保持および載置を行う細胞塊吸着載置器であって、
ノズルと、
該ノズルを通過する空気流量を測定し、測定した空気流量に基づいた流量信号を出力する流量測定部と、
前記ノズルが屈曲自在の配管を介して接続され、前記流量信号に基づいて、発生する正負圧力を制御する正負圧発生制御手段と、
を備えることを特徴とする細胞塊吸着載置器
【請求項２】
請求項１に記載の細胞塊吸着載置器と、
該細胞塊吸着載置器のノズルを三次元的に相対移動させる三次元移動手段と、
細胞塊を収容する収容凹部を形成した収容プレートと、
細胞塊を載置する載置プレートと、
を備えることを特徴とする細胞塊移載装置
【請求項３】
請求項２において、
前記流量測定部から出力される流量信号に基づいて、前記ノズルの先端と前記収容プレートあるいは前記載置プレートとの隙間寸法を計算する隙間寸法計算手段と、
前記三次元移動手段により、前記ノズルを前記収容プレートの上あるいは前記載置プレートの上を平面的に走査し、前記隙間寸法計算手段により前記ノズルの各走査位置における隙間寸法から前記収容プレートあるいは前記載置プレートの面形状を測定する面形状測定手段と、
を備える細胞塊移載装置であって、
前記流量測定部は、前記ノズルと前記正負圧発生制御手段とを接続する配管途中に挿入され、
オリフィスと、
該オリフィスの前記ノズル側に設けられた第１空気圧室と、
該第１空気圧室内の圧力を測定する第１圧力計と、
前記オリフィスの前記正負圧発生制御手段側に設けられた第２空気圧室と、
該第２空気圧室内の圧力を測定する第２圧力計と、
前記第１圧力計からの第１圧力信号と前記第２圧力計からの第２圧力信号から前記空気流量を計算し、流量信号を出力する流量計算手段と、
を備えることを特徴とする、細胞塊移載装置
【請求項４】
請求項５において、前記面形状測定手段により、細胞塊を収容している収容プレートの収容面形状と細胞塊を収容していない収容プレートの未収容面形状とを測定し、前記収容面形状および前記未収容面形状から収容された細胞塊の立体形状および該細胞塊の位置を計算する収容立体形状位置計算手段を備えることを特徴とする細胞塊移載装置
【請求項５】
請求項６において、前記面形状測定手段により、細胞塊が立体的に載置された載置プレートの載置面形状と細胞塊が載置されていない載置プレートの未載置面形状とを測定し、前記載置面形状および前記未載置面形状から立体的に載置された立体細胞塊の立体形状および該立体細胞塊の位置を計算する載置立体形状位置計算手段を備えることを特徴とする細胞塊移載装置
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１の細胞塊吸着載置器は、ノズルと、該ノズルを通過する空気流量を測定し、測定した空気流量に基づいた流量信号を出力する流量測定部と、前記ノズルが屈曲自在の配管を介して接続され、前記流量信号に基づいて、発生する正負圧力を制御する正負圧発生制御手段と、を備えることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
また、請求項２の細胞塊移載装置は、請求項１に記載の細胞塊吸着載置器と、該細胞塊吸着載置器のノズルを三次元的に相対移動させる三次元移動手段と、細胞塊を収容する収容凹部を形成した収容プレートと、細胞塊を載置する載置プレートと、を備えることを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、請求項３の細胞塊移載装置は、請求項２において、前記流量測定部から出力される流量信号に基づいて、前記ノズルの先端と前記収容プレートあるいは前記載置プレートとの隙間寸法を計算する隙間寸法計算手段と、前記三次元移動手段により、前記ノズルを前記収容プレートの上あるいは前記載置プレートの上を平面的に走査し、前記隙間寸法計算手段により前記ノズルの各走査位置における隙間寸法から前記収容プレートあるいは前記載置プレートの面形状を測定する面形状測定手段と、を備える細胞塊移載装置であって、前記流量測定部は、前記ノズルと前記正負圧発生制御手段とを接続する配管途中に挿入され、オリフィスと、該オリフィスの前記ノズル側に設けられた第１空気圧室と、該第１空気圧室内の圧力を測定する第１圧力計と、前記オリフィスの前記正負圧発生制御手段側に設けられた第２空気圧室と、該第２空気圧室内の圧力を測定する第２圧力計と、前記第１圧力計からの第１圧力信号と前記第２圧力計からの第２圧力信号から前記空気流量を計算し、流量信号を出力する流量計算手段と、を備えることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、請求項４の細胞塊移載装置は、請求項３において、前記面形状測定手段により、細胞塊を収容している収容プレートの収容面形状と細胞塊を収容していない収容プレートの未収容面形状とを測定し、前記収容面形状および前記未収容面形状から収容された細胞塊の立体形状および該細胞塊の位置を計算する収容立体形状位置計算手段を備えることを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また、請求項５の細胞塊移載装置は、請求項３または４において、前記面形状測定手段により、細胞塊が立体的に載置された載置プレートの載置面形状と細胞塊が載置されていない載置プレートの未載置面形状とを測定し、前記載置面形状および前記未載置面形状から立体的に載置された立体細胞塊の立体形状および該立体細胞塊の位置を計算する載置立体形状位置計算手段を備えることを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月10日(2017.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルと、該ノズルを通過する空気流量を測定し、測定した空気流量に基づいた流量信号を出力する流量測定部と、前記ノズルが屈曲自在の配管を介して接続され、前記流量信号に基づいて、発生する正負圧力を制御する正負圧発生制御手段と、を備える細胞塊吸着載置器と、
該細胞塊吸着載置器のノズルを三次元的に相対移動させる三次元移動手段と、
細胞塊を収容する収容凹部を形成した収容プレートと、
細胞塊を載置する載置プレートと、
前記流量測定部から出力される流量信号に基づいて、前記ノズルの先端と前記収容プレートあるいは前記載置プレートとの隙間寸法を計算する隙間寸法計算手段と、
前記三次元移動手段により、前記ノズルを前記収容プレートの上あるいは前記載置プレートの上を平面的に走査し、前記隙間寸法計算手段により前記ノズルの各走査位置における隙間寸法から前記収容プレートあるいは前記載置プレートの面形状を測定する面形状測定手段と、
を備える細胞塊移載装置であって、
前記流量測定部は、前記ノズルと前記正負圧発生制御手段とを接続する配管途中に挿入され、
オリフィスと、
該オリフィスの前記ノズル側に設けられた第１空気圧室と、
該第１空気圧室内の圧力を測定する第１圧力計と、
前記オリフィスの前記正負圧発生制御手段側に設けられた第２空気圧室と、
該第２空気圧室内の圧力を測定する第２圧力計と、
前記第１圧力計からの第１圧力信号と前記第２圧力計からの第２圧力信号から前記空気流量を計算し、流量信号を出力する流量計算手段と、
を備えることを特徴とする、細胞塊移載装置
【請求項２】
請求項１において、前記面形状測定手段により、細胞塊を収容している収容プレートの収容面形状と細胞塊を収容していない収容プレートの未収容面形状とを測定し、前記収容面形状および前記未収容面形状から収容された細胞塊の立体形状および該細胞塊の位置を計算する収容立体形状位置計算手段を備えることを特徴とする細胞塊移載装置
【請求項３】
請求項１または２において、前記面形状測定手段により、細胞塊が立体的に載置された載置プレートの載置面形状と細胞塊が載置されていない載置プレートの未載置面形状とを測定し、前記載置面形状および前記未載置面形状から立体的に載置された立体細胞塊の立体形状および該立体細胞塊の位置を計算する載置立体形状位置計算手段を備えることを特徴とする細胞塊移載装置
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記の目的を達成するため、請求項１の細胞塊移載装置は、ノズルと、該ノズルを通過する空気流量を測定し、測定した空気流量に基づいた流量信号を出力する流量測定部と、前記ノズルが屈曲自在の配管を介して接続され、前記流量信号に基づいて、発生する正負圧力を制御する正負圧発生制御手段と、を備える細胞塊吸着載置器と、該細胞塊吸着載置器のノズルを三次元的に相対移動させる三次元移動手段と、細胞塊を収容する収容凹部を形成した収容プレートと、細胞塊を載置する載置プレートと、前記流量測定部から出力される流量信号に基づいて、前記ノズルの先端と前記収容プレートあるいは前記載置プレートとの隙間寸法を計算する隙間寸法計算手段と、前記三次元移動手段により、前記ノズルを前記収容プレートの上あるいは前記載置プレートの上を平面的に走査し、前記隙間寸法計算手段により前記ノズルの各走査位置における隙間寸法から前記収容プレートあるいは前記載置プレートの面形状を測定する面形状測定手段と、を備える細胞塊移載装置であって、前記流量測定部は、前記ノズルと前記正負圧発生制御手段とを接続する配管途中に挿入され、オリフィスと、該オリフィスの前記ノズル側に設けられた第１空気圧室と、該第１空気圧室内の圧力を測定する第１圧力計と、前記オリフィスの前記正負圧発生制御手段側に設けられた第２空気圧室と、該第２空気圧室内の圧力を測定する第２圧力計と、前記第１圧力計からの第１圧力信号と前記第２圧力計からの第２圧力信号から前記空気流量を計算し、流量信号を出力する流量計算手段と、を備えることを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、請求項２の細胞塊移載装置は、請求項１において、前記面形状測定手段により、細胞塊を収容している収容プレートの収容面形状と細胞塊を収容していない収容プレートの未収容面形状とを測定し、前記収容面形状および前記未収容面形状から収容された細胞塊の立体形状および該細胞塊の位置を計算する収容立体形状位置計算手段を備えることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また、請求項３の細胞塊移載装置は、請求項１または２において、前記面形状測定手段により、細胞塊が立体的に載置された載置プレートの載置面形状と細胞塊が載置されていない載置プレートの未載置面形状とを測定し、前記載置面形状および前記未載置面形状から立体的に載置された立体細胞塊の立体形状および該立体細胞塊の位置を計算する載置立体形状位置計算手段を備えることを特徴とする。