(57)【要約】【課題】操作者の熟練度、技術によらず、効率よくかつ好適に微小対象物の固定操作を行うことができる圧力制御装置、マニピュレーションシステム及び圧力制御方法を提供する。【解決手段】内部圧力により微小対象物を固定するための固定手段が装着される圧力制御装置であって、固定手段の内部圧力を調整する圧力制御部と、微小対象物を撮像する撮像部と、撮像部から得られた画像に基づいて微小対象物の位置を算出する算出部と、を有し、圧力制御部は、微小対象物が固定手段から離れた状態で、固定手段による吸引を開始し、算出部から受け取った微小対象物の位置の変化の情報に基づいて、固定手段に微小対象物が固定されたことを判断する。【選択図】図１３
2017205089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部圧力により微小対象物を固定するための固定手段が装着される圧力制御装置であって、
前記固定手段の内部圧力を調整する圧力制御部と、
前記微小対象物を撮像する撮像部と、
前記撮像部から得られた画像に基づいて前記微小対象物の位置を算出する算出部と、を有し、
前記圧力制御部は、前記微小対象物が前記固定手段から離れた状態で、前記固定手段による吸引を開始し、前記算出部から受け取った前記微小対象物の位置の変化の情報に基づいて、前記固定手段に前記微小対象物が固定されたことを判断する圧力制御装置。
【請求項２】
前記算出部は、前記微小対象物の位置の変化から、前記微小対象物の移動速度を算出し、
前記圧力制御部は、前記微小対象物の移動速度の情報に基づいて前記固定手段の内部圧力を調整する請求項１に記載の圧力制御装置。
【請求項３】
前記圧力制御部は、前記微小対象物の移動速度が所定の範囲内になるように前記固定手段の内部圧力を調整する請求項１又は請求項２に記載の圧力制御装置。
【請求項４】
前記圧力制御部は、前記微小対象物が載置される試料保持部材の底部に、前記固定手段が接触した状態で前記吸引を開始させる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧力制御装置。
【請求項５】
前記圧力制御部は、前記微小対象物が移動を開始した後、前記微小対象物の移動速度が所定の速度以下となった場合に、前記微小対象物が前記固定手段に固定されたと判断し、前記固定手段の内部圧力を維持する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の圧力制御装置。
【請求項６】
前記圧力制御部は、前記固定手段による吸引を開始した後、所定の期間、前記微小対象物の位置が変化しない場合、前記吸引を停止させる請求項１に記載の圧力制御装置。
【請求項７】
前記算出部は、前記撮像部が撮像した画像に基づいて前記微小対象物の重心の位置を算出する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の圧力制御装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の圧力制御装置と、
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前記固定手段を備える第１マニピュレータと、
前記固定手段に保持された前記微小対象物を操作するための操作手段を備える第２マニピュレータと、
前記試料ステージ、前記固定手段、前記操作手段及び前記撮像部を制御する制御部とを備えるマニピュレーションシステム。
【請求項９】
内部圧力により微小対象物を固定するための固定手段が装着される圧力制御装置の圧力制御方法であって、
前記固定手段の内部圧力を調整する圧力制御部が、前記微小対象物が前記固定手段から離れた状態で、前記固定手段による吸引を開始するステップと、
前記微小対象物を撮像する撮像部から得られた画像に基づいて、算出部が前記微小対象物の位置の変化を算出するステップと、
前記圧力制御部が、前記算出部から受け取った前記微小対象物の位置の変化の情報に基づいて、前記固定手段に前記微小対象物が固定されたことを判断するステップとを含む圧力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力制御装置、マニピュレーションシステム及び圧力制御方法に関する。
【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。微小対象物を固定するための固定用ピペットで微小対象物の位置を固定しつつ、操作用ピペットを微小対象物の操作対象の位置に突き刺してインジェクション操作が行われる。微小対象物の固定操作は、顕微鏡により微小対象物の位置を認識し、固定用ピペットを微小対象物に近づけて吸引固定を行う。
【０００３】
下記特許文献１の細胞吸着用圧力制御装置は、固定用ピペットに吸着された細胞の変形量に基づいて、圧力制御部の吸引量を制御することで、細胞の吸着保持を良好な状態で維持できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３２２７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
固定用ピペットと操作用ピペットとをジョイスティック等で操作して、微小対象物の固定操作及び微小対象物に対するインジェクション操作を行う場合、操作者の高い技術が必要であり、微小対象物の損傷や、操作者の感覚に依存した操作のバラツキが生じる可能性がある。操作者の作業の負担を軽減するために、微小対象物の固定操作の自動化が要求されている。特許文献１は、操作者が固定用ピペットの移動操作を行い、固定用ピペットの先端を所望の細胞に接触させて吸着を行う。このため、固定用ピペットの移動及び吸着固定の作業において、微小対象物の損傷や、操作のバラツキが生じる可能性がある。
【０００６】
本発明は、操作者の熟練度、技術によらず、効率よくかつ好適に微小対象物の固定操作を行うことができる圧力制御装置、マニピュレーションシステム及び圧力制御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圧力制御装置は、内部圧力により微小対象物を固定するための固定手段が装着される圧力制御装置であって、前記固定手段の内部圧力を調整する圧力制御部と、前記微小対象物を撮像する撮像部と、前記撮像部から得られた画像に基づいて前記微小対象物の位置を算出する算出部と、を有し、前記圧力制御部は、前記微小対象物が前記固定手段から離れた状態で、前記固定手段による吸引を開始し、前記算出部から受け取った前記微小対象物の位置の変化の情報に基づいて、前記固定手段に前記微小対象物が固定されたことを判断する。
【０００８】
これによれば、圧力制御部は、微小対象物が固定手段から離れた状態で、固定手段による吸引を開始することができるので、固定手段を微小対象物に接触させた状態で吸引を開始する場合に比べて、固定手段の移動操作を容易に行うことができ、微小対象物の損傷を抑制することができる。また、微小対象物の画像認識により、固定手段に微小対象物が固定されたことを判断することができるので、固定手段の画像認識を行う必要がなく、固定操作を容易に行うことができる。
【０００９】
本発明の一態様に係る圧力制御装置において、前記算出部は、前記微小対象物の位置の変化から、前記微小対象物の移動速度を算出し、前記圧力制御部は、前記微小対象物の移動速度の情報に基づいて前記固定手段の内部圧力を調整する。これによれば、微小対象物の移動速度に応じて、適切な内部圧力で固定手段による吸引が行われるため、微小対象物の損傷を抑制することができる。
【００１０】
本発明の一態様に係る圧力制御装置において、前記圧力制御部は、前記微小対象物の移動速度が所定の範囲内になるように前記固定手段の内部圧力を調整する。これによれば、微小対象物が過大な速度で固定手段に接触することが抑制されるので、微小対象物の損傷を抑制することができる。
【００１１】
本発明の一態様に係る圧力制御装置において、前記圧力制御部は、前記微小対象物が載置される試料保持部材の底部に、前記固定手段が接触した状態で前記吸引を開始させる。これによれば、固定手段の吸引力が確実に微小対象物に作用するので、微小対象物を移動させて固定手段に固定させることができる。
【００１２】
本発明の一態様に係る圧力制御装置において、前記圧力制御部は、前記微小対象物が移動を開始した後、前記微小対象物の移動速度が所定の速度以下となった場合に、前記微小対象物が前記固定手段に固定されたと判断し、前記固定手段の内部圧力を維持する。これによれば、画像認識に基づいて算出された微小対象物の移動速度から、微小対象物が固定されたかどうか判断できる。したがって、固定手段の画像認識を行う必要がなく、算出部の演算を簡略化して容易に固定操作を行うことができる。
【００１３】
本発明の一態様に係る圧力制御装置において、前記圧力制御部は、前記固定手段による吸引を開始した後、所定の期間、前記微小対象物の位置が変化しない場合、前記吸引を停止させる。これによれば、画像認識された対象物が、操作対象の微小対象物ではない可能性があるため、他の操作対象の微小対象物について操作を行うことができる。
【００１４】
前記算出部は、前記撮像部が撮像した画像に基づいて前記微小対象物の重心の位置を算出する。これによれば、微小対象物の重心を算出することにより、微小対象物の位置及び移動速度を正確に算出することができる。
【００１５】
本発明の一態様に係るマニピュレーションシステムは、上記のいずれかの圧力制御装置と、微小対象物が載置される試料ステージと、前記微小対象物を固定するための前記固定手段を備える第１マニピュレータと、前記固定手段に保持された前記微小対象物を操作するための操作手段を備える第２マニピュレータと、前記試料ステージ、前記固定手段、前記操作手段及び前記撮像部を制御する制御部とを備える。これによれば、固定手段を備える第１マニピュレータと、圧力制御装置とにより、微小対象物の損傷を抑制しつつ微小対象物の固定操作を行うとともに、固定手段に固定された微小対象物に対する操作を第２マニピュレータにより実行することができる。
【００１６】
本発明の一態様に係る圧力制御方法は、内部圧力により微小対象物を固定するための固定手段が装着される圧力制御装置の圧力制御方法であって、前記固定手段の内部圧力を調整する圧力制御部が、前記微小対象物が前記固定手段から離れた状態で、前記固定手段による吸引を開始するステップと、前記微小対象物を撮像する撮像部から得られた画像に基づいて、算出部が前記微小対象物の位置の変化を算出するステップと、前記圧力制御部が、前記算出部から受け取った前記微小対象物の位置の変化の情報に基づいて、前記固定手段に前記微小対象物が固定されたことを判断するステップとを含む。
【００１７】
これによれば、圧力制御部は、微小対象物が固定手段から離れた状態で、固定手段による吸引を開始することができるので、固定手段を微小対象物に接触させる場合に比べて、固定手段の移動操作を容易に行うことができ、微小対象物の損傷を抑制することができる。微小対象物の画像認識により、固定手段に微小対象物が固定されたことを判断することができるので、固定手段の画像認識を行う必要がなく、固定操作を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、操作者の熟練度、技術によらず、効率よくかつ好適に微小対象物の固定操作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施形態に係る圧力制御装置を備えた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、微動機構の一例を示す断面図である。
【図３】図３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４】図４は、マニピュレーションシステムの圧力制御動作の一例を示すフローチャート図である。
【図５】図５は、カメラの撮像領域における細胞の位置を模式的に示す平面図である。
【図６】図６は、画像処理により検出された細胞の模式図である。
【図７】図７は、第１ピペットと、試料保持部材に保持される培地及び細胞の概略構成を示す断面図である。
【図８】図８は、細胞の移動速度と時間との関係を模式的に表すグラフである。
【図９】図９は、ポンプ駆動速度と時間との関係を模式的に表すグラフである。
【図１０】図１０は、第１定常状態における第１ピペットと細胞との関係を模式的に示す平面図である。
【図１１】図１１は、第１定常状態における、Ｘｃ軸方向の細胞の位置と時間との関係を模式的に示すグラフである。
【図１２】図１２は、第１定常状態における、Ｙｃ軸方向の細胞の位置と時間との関係を模式的に示すグラフである。
【図１３】図１３は、第２定常状態における第１ピペットと細胞との関係を模式的に示す平面図である。
【図１４】図１４は、第１定常状態から第２定常状態までの、Ｘｃ軸方向の細胞の位置と時間との関係を模式的に示すグラフである。
【図１５】図１５は、第１定常状態から第２定常状態までの、Ｙｃ軸方向の細胞の位置と時間との関係を模式的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
図１は、実施形態に係る圧力制御装置を備えたマニピュレ−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、圧力制御装置６０と、第１マニピュレータ１４と、第２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１６とが分かれて配置されている。
【００２２】
圧力制御装置６０は、圧力制御部４５と、吸引ポンプ２９と、顕微鏡ユニット１２と、コントローラ４３に含まれる算出部４６Ｃ（図１では省略して示す）とを含む。圧力制御装置６０は、第１マニピュレータ１４に取り付けられた第１ピペット２５の内部圧力を調整し、微小対象物である試料を第１ピペット２５に固定する操作を行うための装置である。
【００２３】
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。図１では、顕微鏡２０及びカメラ１８は、試料保持部材１１の上方に配置されているが、試料保持部材１１の下方に配置してもよい。
【００２４】
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。
【００２５】
図１に示すように、第１マニピュレータ１４は、第１ピペット保持部材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。
【００２６】
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軸方向に移動可能になっている。駆動装置３０、３２は、コントローラ４３に接続されている。
【００２７】
第１ピペット保持部材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ピペット２５が取り付けられている。第１ピペット保持部材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ピペット２５の端部に固定することができる。第１ピペット２５の内部圧力は、圧力制御部４５及び吸引ポンプ２９により制御され、第１ピペット２５の吸引により試料が固定される。すなわち、第１マニピュレータ１４は、微小対象物の固定に用いられる固定用マニピュレータであり、第１ピペット２５は、微小対象物の固定手段として用いられるホールディングピペットである。
【００２８】
図１に示す第２マニピュレータ１６は、第２ピペット保持部材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１６は、Ｘ軸−Ｙ軸−Ｚ軸の３軸構成のマニピュレータである。
【００２９】
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軸方向に移動可能になっている。駆動装置４０、４２は、コントローラ４３に接続されている。
【００３０】
第２ピペット保持部材３４は、Ｚ軸テーブル３８に連結され、先端にガラス製の第２ピペット３５が取り付けられている。第２ピペット保持部材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１６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ピペット３５は、微小対象物のインジェクション操作手段として用いられるインジェクションピペットである。
【００３１】
Ｘ−Ｙ軸テーブル３６とＺ軸テーブル３８は、第２ピペット保持部材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ピペット保持部材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ピペット保持部材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ピペット保持部材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。
【００３２】
図２は、微動機構の一例を示す断面図である。図２に示すように微動機構４４は、第２ピペット保持部材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の内部に設けられた転がり軸受８０、８２と、圧電素子９２とを含む。ハウジング８７の軸方向に第２ピペット保持部材３４が挿通される。転がり軸受８０、８２は、第２ピペット保持部材３４を回転可能に支持する。圧電素子９２は、印加される電圧に応じて第２ピペット保持部材３４の長手方向に沿って伸縮する。第２ピペット保持部材３４の先端側（図２左側）には第２ピペット３５（図１参照）が取り付けられ固定される。
【００３３】
第２ピペット保持部材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との間に設けられたボール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との間に設けられたボール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ピペット保持部材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ピペット保持部材３４を回転自在に支持するようになっている。
【００３４】
中空部材８４の軸方向の略中央部には、径方向外方に突出するフランジ部８４ａが設けられている。転がり軸受８０は、フランジ部８４ａに対して第２ピペット保持部材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。内輪間座としてのフランジ部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。第２ピペット保持部材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ピペット保持部材３４に螺合されて、転がり軸受８０、８２の軸方向の位置が固定される。
【００３５】
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ピペット保持部材３４が挿通する孔部を有する。蓋８８は、例えば、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てもよい。なお、圧電素子９２は、棒状又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ピペット保持部材３４を挿通する孔部を有した角筒としても良い。
【００３６】
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ピペット保持部材３４の軸方向に沿って伸縮し、第２ピペット保持部材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ピペット保持部材３４が軸方向に沿って微動すると、この微動が第２ピペット３５（図１参照）に伝達され、第２ピペット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ピペット保持部材３４が軸方向に振動すると、第２ピペット３５も軸方向に振動する。このように微動機構４４により、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１６に設けられるとしているが、図１に示すように微小対象物の固定用の第１マニピュレータ１４に設けてもよく、省略することも可能である。
【００３８】
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３を参照して説明する。図３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。
【００３９】
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（Ｒａｎｄｏｍ  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、記憶部４６Ｂに格納された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信号を出力する。
【００４０】
制御部４６Ａは、顕微鏡ユニット１２の焦点合わせ機構８１、第１マニピュレータ１４の駆動装置３０、駆動装置３２、第２マニピュレータ１６の駆動装置４０、駆動装置４２、注入ポンプ３９、圧力制御部４５を制御する。制御部４６Ａは、必要に応じて設けられたドライバやアンプ等を介して、それぞれに駆動信号を出力する。制御部４６Ａは、駆動装置３０、３２、４０、４２にそれぞれ駆動信号Ｖｘｙ、駆動信号Ｖｚ（図１参照）を供給する。駆動装置３０、３２、４０、４２は、駆動信号Ｖｘｙ、駆動信号Ｖｚに基づいてＸ−Ｙ−Ｚ軸方向に駆動する。制御部４６Ａは、微動機構４４にナノポジショナ制御信号ＶＮ（図１参照）を供給して、微動機構４４の制御を行ってもよい。
【００４１】
コントローラ４３は、情報入力手段としてジョイスティック４７と、キーボードやタッチパネル等の入力部４９とが接続されている。また、コントローラ４３は、液晶パネル等の表示部４８が接続される。表示部４８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、入力部４９としてタッチパネルが用いられる場合には、表示部４８の表示画面にタッチパネルを重ねて用い、操作者が表示部４８の表示画像を確認しつつ入力操作を行うようにしてもよい。
【００４２】
ジョイスティック４７は公知のものを用いることができる。ジョイスティック４７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のＺ駆動を行うことができる。ジョイスティック４７は、吸引ポンプ２９、注入ポンプ３９の各駆動等を操作するためのボタン４７Ａ（図１参照）を備えていてもよい。
【００４３】
図３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及び算出部４６Ｃ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ＶＰＩＸ（図１参照）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から画像信号を受け取って、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４８へ出力する。算出部４６Ｃは、画像処理部４３Ｂから画像情報を受け取る。算出部４６Ｃは、この画像処理後の画像情報に基づいてカメラ１８で撮像された微小対象物である細胞等の位置や、第２ピペット３５によるインジェクション操作を行う操作対象である細胞の核等の位置を検出することができる。例えば、算出部４６Ｃは、画像情報に基づいてカメラ１８の撮像領域内における細胞等の有無を検出することができる。また、算出部４６Ｃは、第１ピペット２５及び第２ピペット３５の位置を検出してもよい。画像入力部４３Ａ、画像処理部４３Ｂ、画像出力部４３Ｃ及び算出部４６Ｃは、制御部４６Ａにより制御される。
【００４４】
画像処理部４３Ｂは、例えば固定操作の対象となる細胞の位置や細胞の核の位置を検出するために、画像入力部４３Ａから受け取った画像信号について二値化処理とフィルタ処理を実行する。画像処理部４３Ｂは、画像信号をグレースケール化して、あらかじめ設定された所定の閾値に基づいて、このグレースケール画像をモノクロ画像に変換する。そして、画像処理部４３Ｂは、二値化処理とフィルタ処理により得られたモノクロ画像に基づいてエッジ抽出処理やパターンマッチングを行う。その処理結果に基づいて算出部４６Ｃは、細胞の位置や細胞の核の位置を検出することができる。算出部４６Ｃは、後述するように、細胞の重心位置を検出し、細胞の重心位置の変化から細胞の移動速度を算出することができる。
【００４５】
制御部４６Ａは、算出部４６Ｃからの細胞等の位置情報、及び細胞等の有無の情報に基づいて、第１マニピュレータ１４、第２マニピュレータ１６及び圧力制御部４５を制御する。本実施形態において、制御部４６Ａは、第１マニピュレータ１４及び第２マニピュレータ１６を所定のシーケンスで自動的に駆動する。かかるシーケンス駆動は、記憶部４６Ｂにあらかじめ保存された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信号を出力することで行われる。本実施形態において、圧力制御部４５は、算出部４６Ｃから受け取った細胞の位置の情報に基づいて、吸引ポンプ２９の吸引量を制御して、細胞の固定操作を行う。また、圧力制御部４５は、算出部４６Ｃから受け取った細胞の位置の情報に基づいて、第１ピペット２５に細胞が固定されたかどうかを判断することができる。
【００４６】
次にマニピュレーションシステム１０の細胞固定方法について説明する。図４は、マニピュレーションシステムの圧力制御動作の一例を示すフローチャート図である。本実施形態のマニピュレーションシステム１０は、試料保持部材１１に載置された複数の細胞に対して、１つの細胞ごとに固定操作を行い、固定された細胞に対してインジェクション操作を行う。さらに、複数の細胞について固定操作及びインジェクション操作を繰り返し実行する。コントローラ４３は、複数の細胞に対する操作を自動で実行してもよい。
【００４７】
まず、算出部４６Ｃは、固定操作の対象となる細胞１００の重心の位置を算出する（図４、ステップＳＴ１１）。本実施形態において、微小対象物である細胞１００は、受精卵である。細胞１００は、受精卵に限られず、顕微鏡観察下でＤＮＡ溶液の注入操作や穿孔操作等の操作が行われる対象であり、例えば卵細胞、又はその他の細胞であってもよい。
【００４８】
図５は、カメラの撮像領域における細胞の位置を模式的に示す平面図である。図５は、カメラ１８の撮像領域１８Ａの左上角を原点（０、０）として、右下角の位置を（ｘ、ｙ）で示している。撮像領域１８Ａの中心位置Ｃは（ｘ／２、ｙ／２）である。ここで、撮像領域１８Ａ内の一方向をＸｃ軸方向とし、Ｘｃ軸方向と交差する方向をＹｃ軸方向とする。Ｘｃ軸方向における撮像領域１８Ａの長さは、例えば７５０μｍであり、Ｙｃ軸方向における撮像領域１８Ａの長さは、例えば５００μｍである。
【００４９】
制御部４６Ａは、細胞１００が撮像領域１８Ａの中心位置Ｃの近傍に位置するように試料ステージ２２を駆動させる。細胞１００の重心１００Ｇは、中心位置Ｃにあることが好ましいが、例えば、図５の斜線を付して示す領域１８Ｂ内に位置すればよい。領域１８Ｂは、Ｘｃ軸方向において、３／ｘ以上、２／ｘ以下の範囲であり、かつ、Ｙｃ軸方向において、３／ｙ以上、２／ｙ以下の範囲である。なお、上述したように、試料保持部材１１には複数の細胞が載置されており、図５に示すように、固定操作の対象となる細胞１００以外の細胞１０１が撮像領域１８Ａに存在していてもよい。
【００５０】
カメラ１８は、中心位置Ｃの近傍に位置する細胞１００を撮像する。図６は、画像処理により検出された細胞の模式図である。画像処理部４３Ｂは、細胞１００の画像について、二値化処理とフィルタ処理を実行する。これにより、細胞１００の透明帯１００Ａと細胞膜１００Ｂのエッジを抽出する。光の回折と干渉とを利用した位相差観察を行う場合は、透明帯１００Ａのエッジ及び細胞膜１００Ｂのエッジに現れる、いわゆるハロー効果による光を観察することで、エッジの抽出が可能である。
【００５１】
算出部４６Ｃは、画像処理部４３Ｂから受け取った細胞１００の画像について、透明帯１００Ａのエッジの内側の領域と、細胞膜１００Ｂのエッジの内側の領域を塗りつぶし、透明帯１００Ａ及び細胞膜１００Ｂを１つの形状として認識する。そして、算出部４６Ｃは、微分法等の公知の方法により、細胞１００の重心１００Ｇ位置を算出する。算出部４６Ｃは、所定の時間ごとに細胞１００の重心１００Ｇの位置の算出を実行し、記憶部４６Ｂに記憶させる。重心１００Ｇの位置の算出を行うステップ時間は、あらかじめ設定された情報であり、入力部４９を介して記憶部４６Ｂに記憶されている。このステップ時間は、例えば５００ｍｓに設定することができる。算出部４６Ｃは、ステップ時間ごとの重心１００Ｇの位置の情報から、細胞１００の移動速度を算出することができる。圧力制御部４５は、算出部４６Ｃから細胞１００の位置情報及び移動速度の情報を受け取って、細胞１００が移動しているかどうか判断する。
【００５２】
このとき、制御部４６Ａは、駆動装置３０、３２に駆動信号を出力して、第１ピペット２５の先端を細胞１００の近傍に移動させる。図７は、第１ピペットと、試料保持部材に保持される培地及び細胞の概略構成を示す断面図である。図７に示すように、試料保持部材１１は、細胞１００、１０１を保持する皿状の部材である。試料保持部材１１は、細胞１００、１０１を撮像できるように透明の部材で構成されている。試料保持部材１１には培地５２が保持されており、培地５２の内部に細胞１００、１０１が分散されている。さらに、培地５２の上にパラフィンオイル５４が充填されている。これにより、培地５２の流動性を確保しつつ、培地５２の蒸発が抑制される。なお、図７では２つの細胞１００、１０１を示しているが、３つ以上の細胞が保持されていてもよい。
【００５３】
制御部４６Ａは、第１ピペット２５の先端を細胞１００の近傍に固定する。例えば、第１ピペット２５の先端は、図５に示す撮像領域１８Ａの中心位置Ｃから、Ｘｃ軸方向に−２５０μｍ以上、−０μｍ以下程度、例えば−１００μｍ離れており、Ｙｃ軸方向に＋０μｍ以上、＋２５０μｍ以下程度、例えば＋１００μｍ離れている。また、図７に示すように、第１ピペット２５の先端は、試料保持部材１１の底部１１ａに接しており、培地５２の内部に位置する。
【００５４】
第１ピペット２５の内部空間には、オイル５５が充填されている。オイル５５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１ピペット２５が細胞１００の近傍に固定された状態において、第１ピペット２５の開口２５ａを通して、オイル５５が培地５２と接する。すなわち、オイル５５と培地５２との間に空気層は介在しないようになっている。このように第１ピペット２５の内部空間をオイル５５で満たしているため、吸引ポンプ２９により吸引圧（陰圧）をかけたときに、第１ピペット２５の開口２５ａに微小対象物を容易に保持することが可能となる。
【００５５】
次に、圧力制御部４５は、吸引ポンプ２９に駆動信号を出力して、第１ピペット２５の吸引を開始する（図４、ステップＳＴ１２）。吸引を開始する際に、第１ピペット２５の先端は、細胞１００の近傍において細胞１００から離れた位置に固定された状態である。本実施形態において、第１ピペット２５の先端を細胞１００に接触させる必要がないため、第１ピペット２５の先端は、厳密に位置を制御することなく、細胞１００の近傍の所定の範囲内に入っていればよい。これにより、第１ピペット２５の移動操作を容易に行うことができ、第１ピペット２５の接触による細胞１００の損傷を抑制することができる。
【００５６】
図８は、細胞の移動速度と時間との関係を模式的に表すグラフである。図９は、ポンプ駆動速度と時間との関係を模式的に表すグラフである。図１０は、第１定常状態における第１ピペットと細胞との関係を模式的に示す平面図である。図１１は、第１定常状態における、Ｘｃ軸方向の細胞の位置と時間との関係を模式的に示すグラフである。図１２は、第１定常状態における、Ｙｃ軸方向の細胞の位置と時間との関係を模式的に示すグラフである。
【００５７】
図９に示すポンプ駆動速度とは、吸引ポンプ２９により吸引圧（陰圧）をかけたときに、第１ピペット２５の内部空間のオイル５５の界面５５ａ（図１０参照）が、第１ピペット２５の軸方向に沿って移動する速度を示している。つまり、吸引ポンプ２９の吸引圧が大きいと駆動速度Ｖｐが大きく、吸引ポンプ２９の吸引圧が小さいと駆動速度Ｖｐが小さくなる。
【００５８】
図９に示すように、圧力制御部４５は、吸引ポンプ２９を駆動速度Ｖｐ０で第１ピペット２５の吸引を開始する。吸引開始時の駆動速度Ｖｐ０は、５０μｍ／ｓ以上、２００μｍ／ｓ以下程度、例えば５０μｍ／ｓである。この例では、圧力制御部４５は、オイル５５の界面５５ａが１秒間に５０μｍ移動するように、吸引ポンプ２９を駆動させる。なお、駆動速度Ｖｐ０は、細胞１００の重心１００Ｇの位置と、第１ピペット２５の先端の位置によって変わるため、あらかじめ求めておく。そして、設定された駆動速度Ｖｐ０の数値は、吸引ポンプ２９の駆動前に、入力部４９を介して記憶部４６Ｂに保存される。吸引ポンプ２９の吸引開始時の駆動速度Ｖｐ０は、細胞１００が第１ピペット２５の近傍に配置された場合であっても、吸引ポンプ２９の吸引により細胞１００が過大な速度にならないような値に設定することが好ましい。
【００５９】
算出部４６Ｃは、吸引開始後、細胞１００の重心１００Ｇの位置を、上述したステップ時間ごとに算出し、細胞１００の移動速度Ｖｃを算出する（図４、ステップＳＴ１３）。算出部４６Ｃは、例えば、時刻ｔと時刻ｔ−１における重心１００Ｇの位置の差分を算出する。時刻ｔにおける重心１００Ｇの位置を（Ｘｔ、Ｙｔ）とし、時刻ｔ−１における重心１００Ｇの位置を（Ｘｔ−１、Ｙｔ−１）とする。時刻ｔと時刻ｔ−１における重心１００Ｇの位置の差分、すなわち重心１００Ｇの移動距離Ｄは、式（１）となる。移動距離Ｄを、ステップ時間で除することで細胞の移動速度Ｖｃが算出される。
【００６０】
Ｄ＝（（Ｘｔ−Ｘｔ−１）２＋（Ｙｔ−Ｙｔ−１）２）１／２      （１）
【００６１】
圧力制御部４５は、算出部４６Ｃから細胞１００の移動速度Ｖｃの情報を受け取って、細胞１００が第１定常状態であるかどうかを判断する（図４、ステップＳＴ１４）。ここで、「第１定常状態」とは、吸引開始後、細胞１００が移動していない状態、すなわち、移動速度Ｖｃが所定の速度Ｖｃ１以下の状態を示す。図８から図１０に示すように、第１定常状態ＳＳ１において、細胞１００は第１ピペット２５と間隔を有しており、位置が固定された状態である。吸引開始時の細胞１００の重心１００Ｇの位置を（ｘ１、ｙ１）とする。図１１に示すように、吸引開始時から時刻ｔ１まで、Ｘｃ軸方向（図５参照）における、細胞１００の重心１００Ｇの位置はｘ１で一定である。図１２に示すように、吸引開始時から時刻ｔ１まで、Ｙｃ軸方向（図５参照）における、細胞１００の重心１００Ｇの位置はｙ１で一定である。
【００６２】
圧力制御部４５は、吸引開始後、細胞１００の移動速度Ｖｃが所定の速度Ｖｃ１よりも小さい場合、細胞１００が第１定常状態ＳＳ１であると判断する（図４、ステップＳＴ１４、Ｙｅｓ）。所定の速度Ｖｃ１は、２０μｍ／ｓ以上、１００μｍ／ｓ以下程度、例えば２０μｍ／ｓである。圧力制御部４５は、細胞１００が第１定常状態ＳＳ１である場合、吸引開始後、所定の時間が経過したかどうかを判断する（図４、ステップＳＴ１５−１）。所定の時間が経過した場合（図４、ステップＳＴ１５−１、Ｙｅｓ）、細胞１００が操作対象の細胞ではない可能性があるので、圧力制御部４５は細胞１００に対する固定操作を停止する。制御部４６Ａは試料ステージ２２を駆動させて、別の細胞１０１について処理を実行する（図４、ステップＳＴ２０）。ここで、吸引開始後の所定の時間は、１秒以上、５秒以下程度、例えば３秒である。
【００６３】
吸引開始後、所定の時間が経過していない場合（図４、ステップＳＴ１５−１、Ｎｏ）、圧力制御部４５は、吸引ポンプ２９の駆動速度を変更する（図４、ステップＳＴ１５−２）。図８及び図９に示すように、時刻ｔ１において、細胞１００の移動速度Ｖｃが所定の速度Ｖｃ１よりも小さい場合、圧力制御部４５は、吸引ポンプ２９の駆動速度Ｖｐを、吸引開始時の駆動速度Ｖｐ０よりも大きくする。吸引ポンプ２９の吸引圧により、細胞１００は第１ピペット２５の開口２５ａに向かって移動し始め、図８に示すように、時刻ｔ１以降、細胞１００の移動速度Ｖｃが大きくなる。そして、時刻ｔ１１において細胞１００の移動速度Ｖｃが所定の速度Ｖｃ１以上となる。
【００６４】
圧力制御部４５は、吸引開始後、細胞１００の移動速度Ｖｃが所定の速度Ｖｃ１以上であれば、細胞１００が第１定常状態ＳＳ１ではなく移動を開始したと判断する（図４、ステップＳＴ１４、Ｎｏ）。図８において、細胞１００は、吸引開始後、時刻ｔ１１までの期間において、第１定常状態ＳＳ１であり、時刻ｔ１１以降、時刻ｔ２までの期間において、移動状態ＭＳである。
【００６５】
図７に示すように、第１ピペット２５の先端が試料保持部材１１の底部１１ａに接した状態で、第１ピペット２５による吸引が行われる。第１ピペット２５の開口２５ａが試料保持部材１１の底部１１ａに対向しているので、第１ピペット２５による吸引圧が底部１１ａに沿った方向に作用する。したがって、第１ピペット２５による吸引圧が細胞１００に確実に作用するので、細胞１００を移動させることができる。また、細胞１００は、高さ方向の移動が抑制され、底部１１ａに沿って移動するため、細胞１００の損傷を抑制しつつ、第１ピペット２５への細胞１００の固定操作を確実に行うことができる。
【００６６】
細胞１００の移動状態ＭＳ（図８参照）において、算出部４６Ｃは、上述した細胞１００の移動速度Ｖｃを算出する（図１４、ステップＳＴ１６）。圧力制御部４５は、算出部４６Ｃから受け取った細胞１００の移動速度Ｖｃの情報に基づいて、細胞１００が第２定常状態であるかどうかを判断する（図１４、ステップＳＴ１７）。ここで、「第２定常状態」とは、細胞１００の移動が開始した後、細胞１００の移動速度Ｖｃが所定の速度Ｖｃ２よりも小さくなった状態、すなわち、細胞１００が第１ピペット２５の開口２５ａに固定された状態を示す。所定の速度Ｖｃ２は、５μｍ／ｓ以上、２０μｍ／ｓ以下程度、例えば１０μｍ／ｓである。圧力制御部４５は、細胞１００の移動速度Ｖｃが、所定の速度Ｖｃ２よりも小さい場合、細胞１００が第２定常状態ＳＳ２であると判断し、細胞１００の移動速度Ｖｃが所定の速度Ｖｃ２以上の場合、細胞１００が移動状態ＭＳであると判断する。
【００６７】
図１３は、第２定常状態における第１ピペットと細胞との関係を模式的に示す平面図である。図１４は、第１定常状態から第２定常状態までの、Ｘｃ軸方向の細胞の位置と時間との関係を模式的に示すグラフである。図１５は、第１定常状態から第２定常状態までの、Ｙｃ軸方向の細胞の位置と時間との関係を模式的に示すグラフである。
【００６８】
図１３に示すように、第２定常状態ＳＳ２において、細胞１００は第１ピペット２５の開口２５ａに固定された状態となる。吸引開始時の細胞１００の重心１００Ｇの位置を（ｘ１、ｙ１）とし、第２定常状態ＳＳ２の細胞１００の重心１００Ｇの位置を（ｘ２、ｙ２）とする。図１４に示すように、Ｘｃ軸方向（図５参照）における細胞１００の重心１００Ｇの位置は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間でｘ１からｘ２に移動し、時刻ｔ２以降はｘ２一定となる。図１５に示すように、Ｙｃ軸方向（図５参照）における細胞１００の重心１００Ｇの位置は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間でｙ１からｙ２に移動し、時刻ｔ２以降はｙ２一定となる。この例では、時刻ｔ２以降、細胞１００の移動速度が所定の速度Ｖｃ２よりも小さくなり、第２定常状態ＳＳ２となる。
【００６９】
次に、図４、図８、図９を参照して、移動状態ＭＳ及び第２定常状態ＳＳ２における、圧力制御部４５の圧力制御動作について詳細に説明する。圧力制御部４５は、細胞１００の移動速度Ｖｃが所定の速度Ｖｃ２以上の場合、細胞１００が第２定常状態ＳＳ２ではないと判断する（図１４、ステップＳＴ１７、Ｎｏ）。そして、圧力制御部４５は、算出部４６Ｃから受け取った細胞１００の移動速度Ｖｃの情報に基づいて、吸引ポンプ２９の駆動速度を変更する（図１４、ステップＳＴ１８）。
【００７０】
本実施形態の圧力制御装置６０において、算出部４６Ｃは、細胞１００の位置の変化から、細胞１００の移動速度を算出し、圧力制御部４５は、細胞１００の移動速度の情報に基づいて第１ピペット２５の内部圧力を調整する。細胞１００の移動速度Ｖｃと、吸引ポンプ２９の駆動速度とは、反比例の関係である。圧力制御部４５は、細胞１００の移動速度Ｖｃが大きければ、移動速度Ｖｃを低下させるために吸引ポンプ２９の駆動速度Ｖｐを小さくする。また、圧力制御部４５は、細胞１００の移動速度Ｖｃが小さければ、移動速度Ｖｃを増加させるために吸引ポンプ２９の駆動速度を大きくする。
【００７１】
これによれば、適切な速度で細胞１００を移動させることができるので、確実に細胞１００の固定操作を行うことができる。また、細胞１００が第１ピペット２５に接触したときの損傷を抑制することができる。
【００７２】
具体的には、図８及び図９に示すように、時刻ｔ１１において、細胞１００の移動速度Ｖｃを増加させるために、圧力制御部４５は、吸引ポンプ２９の駆動速度Ｖｐを上限速度Ｖｐｍａｘまで大きくする。これにより、時刻ｔ１１から時刻ｔ１４まで、細胞１００の移動速度Ｖｃが増加する。ここで、吸引ポンプ２９の上限速度Ｖｐｍａｘは、細胞１００が第１ピペット２５の先端に固定された状態で、最大の駆動速度Ｖｐで吸引した場合であっても、細胞１００の破壊を抑制できる値に設定される。吸引ポンプ２９の上限速度Ｖｐｍａｘは、あらかじめ設定された値であり、入力部４９を介して記憶部４６Ｂに保存される。
【００７３】
図８及び図９に示すように、圧力制御部４５は、時刻ｔ１４において、細胞１００の移動速度Ｖｃを低下させるために、駆動速度Ｖｐを上限速度Ｖｐｍａｘよりも小さい値に変更する。細胞１００の移動速度Ｖｃは、慣性により時刻ｔ１４から時刻ｔ１６までわずかに増加する。圧力制御部４５は、時刻ｔ１４から時刻ｔ２までの期間に、細胞１００の移動速度Ｖｃを低下させるために、吸引ポンプ２９の駆動速度Ｖｐを段階的に小さくする。細胞１００の移動速度Ｖｃは時刻ｔ１６以降、時刻ｔ１８まで、駆動速度Ｖｐの低下に従って、小さくなる。このように圧力制御部４５は、細胞１００の移動速度Ｖｃに応じて、吸引ポンプ２９の駆動速度Ｖｐを変化させて第１ピペット２５の内部圧力を変化させることができる。これにより、適切な速度で細胞１００を移動させることができるので、確実に細胞１００の固定操作を行うことができる。また、細胞１００が第１ピペット２５に接触したときの損傷を抑制することができる。
【００７４】
時刻ｔ１８から時刻ｔ１９までの期間において、細胞１００が第１ピペット２５に近づくので、第１ピペット２５の吸引圧を受けやすくなり、細胞１００の移動速度Ｖｃが増加する。時刻ｔ１９において、細胞１００が第１ピペット２５の先端に接触して、移動速度Ｖｃが低下する。時刻ｔ２において細胞１００は、所定の速度Ｖｃ２よりも小さくなり、第２定常状態ＳＳ２となる。すなわち、細胞１００が第１ピペット２５の開口２５ａに固定される。なお、圧力制御部４５は、時刻ｔ１９以降、細胞１００の移動速度Ｖｃが小さくなるので、移動速度Ｖｃを増加させるために、時刻ｔ２及び時刻ｔ２１において駆動速度Ｖｐを大きくする。上述したように、時刻ｔ２及び時刻ｔ２１において駆動速度Ｖｐを大きくした場合でも細胞１００の損傷が発生しないように、駆動速度Ｖｐの上限速度Ｖｐｍａｘが設定される。
【００７５】
本実施形態の圧力制御装置６０において、圧力制御部４５は、細胞１００の移動速度が所定の範囲内になるように第１ピペット２５の内部圧力を調整する。具体的には、細胞１００の移動状態ＭＳにおいて、圧力制御部４５は、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御等の制御技術を用いて駆動速度Ｖｐを調整してもよい。こうすれば、一定の移動速度Ｖｃを保って細胞１００が移動するので、細胞１００が第１ピペット２５に過大な速度で衝突することを抑制でき、細胞１００の損傷を抑制することができる。
【００７６】
圧力制御部４５は、細胞１００の移動速度Ｖｃが所定の速度Ｖｃ２よりも小さくなると、細胞１００が第２定常状態ＳＳ２であると判断する（図１４、ステップＳＴ１７、Ｙｅｓ）。そして、第１ピペット２５の開口２５ａへの細胞１００の固定が完了したと判断する（図１４、ステップＳＴ１９）。このように、圧力制御部４５は、細胞１００の画像認識に基づいて、細胞１００の重心１００Ｇの移動速度から、細胞１００が固定されたかどうか判断することができる。したがって、第１ピペット２５の画像認識を行う必要がないため、算出部４６Ｃの演算処理を簡便にすることができる。また、第１ピペット２５の厳密な位置の制御を行う必要がないため、容易に固定操作を行うことができる。
【００７７】
そして、圧力制御部４５は、細胞１００の固定が完了した後、図９に示す時刻ｔ３において、吸引ポンプ２９の駆動速度Ｖｐを０にする。すなわち、第１ピペット２５の内部空間に充填されたオイル５５の界面５５ａ（図１３参照）の位置が固定され、第１ピペット２５の内部圧力が一定に維持される。このように、第１ピペット２５の内部圧力が一定になるように吸引ポンプ２９が駆動されるので、細胞１００の固定状態が維持される。
【００７８】
第１ピペット２５に固定された細胞１００に対して、第２ピペット３５（図１参照）により、ＤＮＡ溶液の注入操作や穿孔操作などの操作が行われる。細胞１００に対する操作が終了した後、圧力制御装置６０は、試料保持部材１１に保持された他の細胞に対して、図４のステップＳＴ１１からステップＳＴ１９の固定操作を繰り返し行うことができる。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態の圧力制御装置６０は、内部圧力により細胞１００（微小対象物）を固定するための第１ピペット２５（固定手段）が装着される圧力制御装置６０であって、第１ピペット２５の内部圧力を調整する圧力制御部４５と、細胞１００を撮像するカメラ１８（撮像部）と、カメラ１８から得られた画像に基づいて細胞１００の位置を算出する算出部４６Ｃと、を有し、圧力制御部４５は、細胞１００が第１ピペット２５から離れた状態で、第１ピペット２５による吸引を開始し、算出部４６Ｃから受け取った細胞１００の位置の変化の情報に基づいて、第１ピペット２５に細胞１００が固定されたことを判断する。
【００８０】
本実施形態の圧力制御方法は、第１ピペット２５の内部圧力を調整する圧力制御部４５が、細胞１００が第１ピペット２５から離れた状態で、第１ピペット２５による吸引を開始するステップ（図１４、ステップＳＴ１２）と、固定手段及び細胞１００を撮像する撮像部から得られた画像に基づいて、算出部４６Ｃが細胞１００の移動速度（位置の変化）を算出するステップ（図１４、ステップＳＴ１３）と、圧力制御部４５が、算出部４６Ｃから受け取った細胞１００の位置の変化の情報に基づいて、第１ピペット２５に細胞１００が固定されたことを判断するステップ（図１４、ステップＳＴ１７、Ｙｅｓ）とを含む。
【００８１】
これによれば、圧力制御部４５は、細胞１００が第１ピペット２５から離れた状態で、第１ピペット２５による吸引を開始することができるので、第１ピペット２５を細胞１００に接触させた状態で吸引を開始する場合に比べて、第１ピペット２５の移動操作を容易に行うことができ、細胞１００の損傷を抑制することができる。また、細胞１００の画像認識により、第１ピペット２５に細胞１００が固定されたことを判断することができるので、第１ピペット２５の画像認識を行う必要がなく、固定操作を容易に行うことができる。したがって、操作者の熟練度、技術によらず、効率よくかつ好適に細胞１００の固定操作を行うことができる。
【００８２】
本実施形態の圧力制御装置６０において、圧力制御部４５は、細胞１００が載置される試料保持部材１１の底部１１ａに、第１ピペット２５が接触した状態で吸引を開始させる。これによれば、第１ピペット２５の吸引力が確実に細胞１００に作用するので、細胞１００を移動させて第１ピペット２５に固定させることができる。また、細胞１００は、底部１１ａに沿って移動するため、上下方向の移動が抑制される。このため、細胞１００と第１ピペット２５等との衝突を抑制して、細胞１００の損傷を抑制することができる。
【００８３】
本実施形態の圧力制御装置６０において、圧力制御部４５は、細胞１００が移動を開始した後、細胞１００の移動速度が所定の速度以下となった場合に、細胞１００が第１ピペット２５に固定されたと判断し、第１ピペット２５の内部圧力を維持する。これによれば、画像認識に基づいて算出された細胞１００の移動速度から、細胞１００が固定されたかどうか判断できる。したがって、第１ピペット２５の画像認識を行う必要がなく、算出部４６Ｃの演算を簡略化して容易に固定操作を行うことができる。
【００８４】
本実施形態の圧力制御装置６０において、圧力制御部４５は、第１ピペット２５による吸引を開始した後、所定の期間、細胞１００の位置が変化しない場合、吸引を停止させる。これによれば、画像認識された対象物が、操作対象の細胞１００ではない可能性があるため、他の操作対象の細胞について操作を行うことができる。
【００８５】
本実施形態の圧力制御装置６０において、算出部４６Ｃは、カメラ１８が撮像した画像に基づいて細胞１００の重心１００Ｇの位置を算出する。これによれば、細胞１００の重心１００Ｇを算出することにより、細胞１００の位置及び移動速度を正確に算出することができる。
【００８６】
本実施形態のマニピュレーションシステム１０は、上記のいずれかの圧力制御装置６０と、細胞１００が載置される試料ステージ２２と、細胞１００を固定するための第１ピペット２５を備える第１マニピュレータ１４と、第１ピペット２５に保持された細胞１００を操作するための第２ピペット３５（操作手段）を備える第２マニピュレータ１６と、試料ステージ２２、第１ピペット２５、第２ピペット３５及びカメラ１８を制御する制御部４６Ａとを備える。これによれば、第１ピペット２５を備える第１マニピュレータ１４と、圧力制御装置６０とにより、細胞１００の損傷を抑制しつつ細胞１００の固定操作を行うとともに、固定された細胞１００に対する操作を第２マニピュレータ１６により実行することができる。
【００８７】
本実施形態の圧力制御装置６０、マニピュレーションシステム１０及び圧力制御方法は適宜変更してもよい。例えば、第１ピペット２５、第２ピペット３５等の形状等は、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。図８に示す細胞の移動速度Ｖｃ及び図９に示す吸引ポンプ２９の駆動速度Ｖｐは、あくまで一例であって、適宜変更することができる。算出部４６Ｃは、細胞１００の画像処理により、細胞１００の重心１００Ｇの位置を算出するが、これに限定されない。例えば、細胞１００の中心位置を算出してもよい。細胞１００の固定操作において、適宜手順の一部を省略してもよく、また、手順を置換して実行してもよい。
【符号の説明】
【００８８】
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
１６  第２マニピュレータ
１８  カメラ
２０  顕微鏡
２２  試料ステージ
２４  第１ピペット保持部材
２５  第１ピペット
２６  Ｘ−Ｙ軸テーブル
２８  Ｚ軸テーブル
３０、３２  駆動装置
３４  第２ピペット保持部材
３５  第２ピペット
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
４５  圧力制御部
４６Ａ  制御部
４６Ｂ  記憶部
４６Ｃ  算出部
６０  圧力制御装置
８０、８２  転がり軸受
１００、１０１  細胞
１００Ａ  透明帯
１００Ｂ  細胞膜
１００Ｇ  重心
【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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【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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