JP2003094396A - レーザーマニピュレーション装置 - Google Patents
レーザーマニピュレーション装置Info
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- JP2003094396A JP2003094396A JP2001297823A JP2001297823A JP2003094396A JP 2003094396 A JP2003094396 A JP 2003094396A JP 2001297823 A JP2001297823 A JP 2001297823A JP 2001297823 A JP2001297823 A JP 2001297823A JP 2003094396 A JP2003094396 A JP 2003094396A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 複数の微小物体の中から任意の微小物体を選
択的に補足し、配列、輸送、および、固定を自動的に実
現するレーザーマニピュレーション装置を提供する。 【解決手段】 レーザー光を出力するレーザー光源１
と、レーザー光源１より出力されるレーザー光を複数本
に分離するレーザー光分離手段２と、分離された複数本
のレーザー光をそれぞれ独立して試料セル５中に集光す
る電子制御ミラー３と、試料セル５中の様態を撮像する
撮像装置１０と、撮像装置１０により撮像された画像の
キャプチャー機能および電子制御ミラー３の制御機能を
備えるコンピュータ１２とを備え、画像をコンピュータ
にキャプチャーした後に、予め設定された移動量から次
時間における移動先の座標を算出し、さらに、次時間に
おける移動先の座標へ微小物体を導くよう電子制御ミラ
ーのミラー角度を制御することで、微小物体を輸送目標
座標まで輸送する。
択的に補足し、配列、輸送、および、固定を自動的に実
現するレーザーマニピュレーション装置を提供する。 【解決手段】 レーザー光を出力するレーザー光源１
と、レーザー光源１より出力されるレーザー光を複数本
に分離するレーザー光分離手段２と、分離された複数本
のレーザー光をそれぞれ独立して試料セル５中に集光す
る電子制御ミラー３と、試料セル５中の様態を撮像する
撮像装置１０と、撮像装置１０により撮像された画像の
キャプチャー機能および電子制御ミラー３の制御機能を
備えるコンピュータ１２とを備え、画像をコンピュータ
にキャプチャーした後に、予め設定された移動量から次
時間における移動先の座標を算出し、さらに、次時間に
おける移動先の座標へ微小物体を導くよう電子制御ミラ
ーのミラー角度を制御することで、微小物体を輸送目標
座標まで輸送する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、レーザー
マニピュレーション装置に関するものである。さらに詳
しくは、この出願の発明は、レーザー光の光圧を利用し
微粒子を捕捉し、輸送、配列、固定を行うことが可能な
レーザーマニピュレーション装置に関するものである。
マニピュレーション装置に関するものである。さらに詳
しくは、この出願の発明は、レーザー光の光圧を利用し
微粒子を捕捉し、輸送、配列、固定を行うことが可能な
レーザーマニピュレーション装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明の課題】レーザートラッピングは、
顕微鏡下集光レーザービームの光圧により微小領域に微
粒子を高速かつ非接触に捕捉する技術である。その応用
分野は多岐に及ぶものであるが、さらに、ナノ・マイク
ロマシン技術が急速な進歩を遂げている現在、ナノ・マ
イクロ構造物の操作法としてのレーザートラッピング技
術の可能性は、他の物理的または化学的手法と組み合わ
せることにより、無限に広がるものと考えられている。
顕微鏡下集光レーザービームの光圧により微小領域に微
粒子を高速かつ非接触に捕捉する技術である。その応用
分野は多岐に及ぶものであるが、さらに、ナノ・マイク
ロマシン技術が急速な進歩を遂げている現在、ナノ・マ
イクロ構造物の操作法としてのレーザートラッピング技
術の可能性は、他の物理的または化学的手法と組み合わ
せることにより、無限に広がるものと考えられている。
【０００３】１９８６年に単一のレーザー光による微粒
子のトラップに成功したＡ．Ａｓｈｋｉｎは、その翌年
に酵母細胞を生きた状態で捕捉できることを科学雑誌Ｎ
ａｔｕｒｅに紹介し、生体細胞の操作にレーザートラッ
ピングが適用可能であることを示した。
子のトラップに成功したＡ．Ａｓｈｋｉｎは、その翌年
に酵母細胞を生きた状態で捕捉できることを科学雑誌Ｎ
ａｔｕｒｅに紹介し、生体細胞の操作にレーザートラッ
ピングが適用可能であることを示した。
【０００４】細胞の大きさは、その種類や機能により様
々であるが、一般的な動物細胞で直径２０〜３０μｍ、
大腸菌などの細菌細胞で数μｍ、ウイルス粒子は細菌の
数十分の一から数百分の一の大きさである。細胞の多く
は、レーザートラッピングが適用可能な微粒子として、
位置付けることができる。いわばレーザートラッピング
は細胞を操作するための「ピンセット」（Ｌａｓｅｒ
ｔｗｅｅｚｅｒ）と考えることができる。さらに、照射
するレーザー光の波長を選択することで、細胞を切開す
る「はさみ」（Ｌａｓｅｒ ｓｃｉｓｓｏｒｓ）として
も機能する（Ｍ．Ｗ．Ｂｅｒｎｓ ｅｔ．ａｌ．， Ｓ
ｃｉｅｎｃｅ， Ａｍｅｒｉｃａｎ ａｓｓｏｃｉａｔ
ｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ ｏ
ｆ ｓｃｉｅｎｃｅ， ２１３， ｐｐ．５０５，
（１９８１））。「ピンセット」としての機能と「はさ
み」としての機能を組み合わせることで、細胞もしくは
細胞小器官の捕捉や穿孔、除去、移入、融合が可能とな
り、μｍオーダーの精度を持つ細胞の手術（Ｌａｓｅｒ
ｍｉｃｒｏｓｕｒｇｅｒｙ）が実現する（佐藤俊一、
稲葉文男：レーザー研究、レーザー学会、２０、ｐ．８
３６（１９９２）等）。例えば、レーザーを用いたヒト
の顕微鏡受精への適用が報告されている（Ｋ．Ｓｃｈｕ
ｔｚｅ， Ａ． Ｃｌｅｍｅｎｔ−Ｓｅｇｅｌｗａｌ
ｄ， Ａ． Ａｓｈｋｉｎ：Ｆｅｒｔｉｌ． Ｓｔｅｒ
ｉｌ．， Ｂｉｒｍｉｎｇｈａｍ， ６１，ｐｐ．７８
３（１９９２））。
々であるが、一般的な動物細胞で直径２０〜３０μｍ、
大腸菌などの細菌細胞で数μｍ、ウイルス粒子は細菌の
数十分の一から数百分の一の大きさである。細胞の多く
は、レーザートラッピングが適用可能な微粒子として、
位置付けることができる。いわばレーザートラッピング
は細胞を操作するための「ピンセット」（Ｌａｓｅｒ
ｔｗｅｅｚｅｒ）と考えることができる。さらに、照射
するレーザー光の波長を選択することで、細胞を切開す
る「はさみ」（Ｌａｓｅｒ ｓｃｉｓｓｏｒｓ）として
も機能する（Ｍ．Ｗ．Ｂｅｒｎｓ ｅｔ．ａｌ．， Ｓ
ｃｉｅｎｃｅ， Ａｍｅｒｉｃａｎ ａｓｓｏｃｉａｔ
ｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ ｏ
ｆ ｓｃｉｅｎｃｅ， ２１３， ｐｐ．５０５，
（１９８１））。「ピンセット」としての機能と「はさ
み」としての機能を組み合わせることで、細胞もしくは
細胞小器官の捕捉や穿孔、除去、移入、融合が可能とな
り、μｍオーダーの精度を持つ細胞の手術（Ｌａｓｅｒ
ｍｉｃｒｏｓｕｒｇｅｒｙ）が実現する（佐藤俊一、
稲葉文男：レーザー研究、レーザー学会、２０、ｐ．８
３６（１９９２）等）。例えば、レーザーを用いたヒト
の顕微鏡受精への適用が報告されている（Ｋ．Ｓｃｈｕ
ｔｚｅ， Ａ． Ｃｌｅｍｅｎｔ−Ｓｅｇｅｌｗａｌ
ｄ， Ａ． Ａｓｈｋｉｎ：Ｆｅｒｔｉｌ． Ｓｔｅｒ
ｉｌ．， Ｂｉｒｍｉｎｇｈａｍ， ６１，ｐｐ．７８
３（１９９２））。
【０００５】従来、精密な細胞操作は、細い金属針やガ
ラス管を装着したマニピュレーターにより実施されてき
た。これをレーザーによるマニピュレーターに置き換え
ることで、細胞と非接触での操作が可能となり、さら
に、電動ミラー等で機械的に操作されたレーザー光の位
置をレンズ系により顕微鏡下に縮小して投影できるの
で、従来法と比較してその操作精度が遥かに向上され
た。
ラス管を装着したマニピュレーターにより実施されてき
た。これをレーザーによるマニピュレーターに置き換え
ることで、細胞と非接触での操作が可能となり、さら
に、電動ミラー等で機械的に操作されたレーザー光の位
置をレンズ系により顕微鏡下に縮小して投影できるの
で、従来法と比較してその操作精度が遥かに向上され
た。
【０００６】以上のとおり、Ａｓｈｋｉｎらの手法（特
開平２−９１５４５）が提案されて以来、レーザートラ
ッピングに関しては様々な提案がなされており、特に、
生物学、医学などの領域においては、幹細胞からの発生
や器官分化に関する研究、ゲノム解析、細胞機能の基礎
研究などの研究分野を中心として、高い精度および柔軟
性を持ってμｍサイズの生体細胞を個々に選別し配列や
輸送を行いたいという要望が強い。
開平２−９１５４５）が提案されて以来、レーザートラ
ッピングに関しては様々な提案がなされており、特に、
生物学、医学などの領域においては、幹細胞からの発生
や器官分化に関する研究、ゲノム解析、細胞機能の基礎
研究などの研究分野を中心として、高い精度および柔軟
性を持ってμｍサイズの生体細胞を個々に選別し配列や
輸送を行いたいという要望が強い。
【０００７】最近では、コンピュータと連動して動作
し、ユーザがマウスなどのポインティングデバイスを用
いてレーザー光の集光点の座標を指定したり、レーザー
光を一定の動きで自動的に走査したりすることが可能な
レーザーマニピュレーター装置（（株）モリテックス、
レーザーマニピュレーターＭＬＭ１０００）も実際に販
売されており、微小物体の位置制御を容易に行うことが
できるよう種々の工夫がなされている。このようにコン
ピュータ制御により微小物体の選別、配列、および、輸
送を行う作業が半自動化されてきているが、レーザー細
胞手術などの汎用性を広くするために、これらの作業の
さらなる自動化、特に、複数存在する細胞中から任意の
細胞のみを個々に抽出・分離するような手間がかかる作
業の自動化が強く求められている。
し、ユーザがマウスなどのポインティングデバイスを用
いてレーザー光の集光点の座標を指定したり、レーザー
光を一定の動きで自動的に走査したりすることが可能な
レーザーマニピュレーター装置（（株）モリテックス、
レーザーマニピュレーターＭＬＭ１０００）も実際に販
売されており、微小物体の位置制御を容易に行うことが
できるよう種々の工夫がなされている。このようにコン
ピュータ制御により微小物体の選別、配列、および、輸
送を行う作業が半自動化されてきているが、レーザー細
胞手術などの汎用性を広くするために、これらの作業の
さらなる自動化、特に、複数存在する細胞中から任意の
細胞のみを個々に抽出・分離するような手間がかかる作
業の自動化が強く求められている。
【０００８】そこで、この出願の発明は、以上の通りの
事情に鑑みてなされたものであり、複数の微小物体の中
から任意の微小物体を選択的に補足し、配列、輸送、お
よび、固定を自動的に実現するレーザーマニピュレーシ
ョン装置を提供することを課題としている。
事情に鑑みてなされたものであり、複数の微小物体の中
から任意の微小物体を選択的に補足し、配列、輸送、お
よび、固定を自動的に実現するレーザーマニピュレーシ
ョン装置を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、レーザー光の光圧により
試料セル中に含まれる微小物体をトラッピングするレー
ザーマニピュレーション装置において、前記レーザー光
を出力するレーザー光源と、レーザー光源より出力され
るレーザー光を複数本に分離するレーザー光分離手段
と、分離された複数本のレーザー光をそれぞれ独立して
試料セル中に集光する電子制御ミラーと、試料セル中の
様態を撮像する撮像装置と、撮像装置により撮像された
画像のキャプチャー機能および電子制御ミラーの制御機
能を備えるコンピュータとを備え、画像をコンピュータ
にキャプチャーした後に、キャプチャーされた画像中に
おける微小物体の座標を求め、次いで、この微小物体の
座標から輸送目標座標までの最適行路を算出し、予め設
定された移動量から次時間における移動先の座標を算出
し、さらに、次時間における移動先の座標へ微小物体を
導くよう電子制御ミラーのミラー角度を制御すること
で、微小物体を輸送目標座標まで輸送することを特徴と
するレーザーマニピュレーション装置を提供する。
の課題を解決するものとして、レーザー光の光圧により
試料セル中に含まれる微小物体をトラッピングするレー
ザーマニピュレーション装置において、前記レーザー光
を出力するレーザー光源と、レーザー光源より出力され
るレーザー光を複数本に分離するレーザー光分離手段
と、分離された複数本のレーザー光をそれぞれ独立して
試料セル中に集光する電子制御ミラーと、試料セル中の
様態を撮像する撮像装置と、撮像装置により撮像された
画像のキャプチャー機能および電子制御ミラーの制御機
能を備えるコンピュータとを備え、画像をコンピュータ
にキャプチャーした後に、キャプチャーされた画像中に
おける微小物体の座標を求め、次いで、この微小物体の
座標から輸送目標座標までの最適行路を算出し、予め設
定された移動量から次時間における移動先の座標を算出
し、さらに、次時間における移動先の座標へ微小物体を
導くよう電子制御ミラーのミラー角度を制御すること
で、微小物体を輸送目標座標まで輸送することを特徴と
するレーザーマニピュレーション装置を提供する。
【００１０】上記のレーザーマニピュレーション装置
は、レーザー光分離手段によりレーザー光をレーザー光
１とレーザー光２の２本に分離し、レーザー光１の光圧
により微小物体をレーザー光２が走査されている微小物
体保持領域に移動し、微小物体を微小物体保持領域に保
持すること、微小物体を含む試料セルを平行移動するた
めの機構を備え、試料中の微小物体の座標を相対的に移
動すること、試料セルとして用いられるマイクロチャン
バーが複数のマイクロセルからなり、それぞれのマイク
ロセルには微小流路が備えられており、微小流路が微量
送液ポンプに接続されていること、および、電子制御ミ
ラーが、ガルバノミラー／ピエゾ駆動によるミラー／ア
クチュエータ駆動によるミラーのいずれかから選択され
ることを特徴とする。
は、レーザー光分離手段によりレーザー光をレーザー光
１とレーザー光２の２本に分離し、レーザー光１の光圧
により微小物体をレーザー光２が走査されている微小物
体保持領域に移動し、微小物体を微小物体保持領域に保
持すること、微小物体を含む試料セルを平行移動するた
めの機構を備え、試料中の微小物体の座標を相対的に移
動すること、試料セルとして用いられるマイクロチャン
バーが複数のマイクロセルからなり、それぞれのマイク
ロセルには微小流路が備えられており、微小流路が微量
送液ポンプに接続されていること、および、電子制御ミ
ラーが、ガルバノミラー／ピエゾ駆動によるミラー／ア
クチュエータ駆動によるミラーのいずれかから選択され
ることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】この出願の発明は、上記のとおり
の特徴をもつものであるが、以下に、その実施の形態に
ついて説明する。
の特徴をもつものであるが、以下に、その実施の形態に
ついて説明する。
【００１２】図１に、この出願の発明であるレーザーマ
ニピュレーション装置の構成について例示する。この出
願の発明であるレーザーマニピュレーション装置におい
ては、レーザー光源（１）より出力されるレーザー光
は、レーザー光分離手段（２）により複数本に分離され
る。分離されたレーザー光は、それぞれのレーザー光に
ついて用意された電子制御ミラー（３）を用いること
で、それぞれが独立して光軸の制御が行われ、光学系を
介して顕微鏡（４）に設置された試料セル（５）中に集
光される。レーザー光の波長は、特に限定されるもので
はなく、試料セル（５）中の微小物体（６）の光学的な
吸収特性に応じて適宜に選択されるが、例えば、赤外光
が用いられる。電子制御ミラーとしては、ガルバノミラ
ー／ピエゾ駆動によるミラー／アクチュエータ駆動によ
るミラーなどの内いずれかが適宜に選択される。
ニピュレーション装置の構成について例示する。この出
願の発明であるレーザーマニピュレーション装置におい
ては、レーザー光源（１）より出力されるレーザー光
は、レーザー光分離手段（２）により複数本に分離され
る。分離されたレーザー光は、それぞれのレーザー光に
ついて用意された電子制御ミラー（３）を用いること
で、それぞれが独立して光軸の制御が行われ、光学系を
介して顕微鏡（４）に設置された試料セル（５）中に集
光される。レーザー光の波長は、特に限定されるもので
はなく、試料セル（５）中の微小物体（６）の光学的な
吸収特性に応じて適宜に選択されるが、例えば、赤外光
が用いられる。電子制御ミラーとしては、ガルバノミラ
ー／ピエゾ駆動によるミラー／アクチュエータ駆動によ
るミラーなどの内いずれかが適宜に選択される。
【００１３】顕微鏡光源（７）より照射された白色光
が、試料セル（５）に入射され、その透過像が対物レン
ズ（８）とダイクロイックミラー（９）を介して、試料
セル（５）中の微小物体（６）の様子として撮像装置
（１０）により撮像される。試料セル（５）からの反射
光は、撮像装置（１０）へ導入される際に、フィルター
（１１）を通過し、レーザー光や外乱光などの除去がな
される。撮像された画像はコンピュータ（１２）にキャ
プチャーされる。撮像装置（１０）としては、ＣＣＤカ
メラやＣＭＯＳカメラなどの撮像装置が適宜に選択され
使用される。
が、試料セル（５）に入射され、その透過像が対物レン
ズ（８）とダイクロイックミラー（９）を介して、試料
セル（５）中の微小物体（６）の様子として撮像装置
（１０）により撮像される。試料セル（５）からの反射
光は、撮像装置（１０）へ導入される際に、フィルター
（１１）を通過し、レーザー光や外乱光などの除去がな
される。撮像された画像はコンピュータ（１２）にキャ
プチャーされる。撮像装置（１０）としては、ＣＣＤカ
メラやＣＭＯＳカメラなどの撮像装置が適宜に選択され
使用される。
【００１４】図２は、コンピュータ（１２）において実
行される処理の概要について示した流れ図である。ま
た、図３は、図２に示した処理の各ステップの内、
（Ａ）〜（Ｄ）について概念を示した概要図である。
行される処理の概要について示した流れ図である。ま
た、図３は、図２に示した処理の各ステップの内、
（Ａ）〜（Ｄ）について概念を示した概要図である。
【００１５】まず、撮像装置からコンピュータへ画像を
キャプチャーする（Ａ）。キャプチャーされた画像中に
存在する微小物体の座標を求める（Ｂ）。次いで、算出
された微小物体の座標から、微小物体が輸送される目標
となる輸送目標座標までの最適行路が算出される
（Ｃ）。そして、予め設定された移動量から次時間にお
ける微小物体の移動先となる移動先座標を算出する
（Ｄ）。さらに、次時間における移動座標へ微小物体を
導くように、電子制御ミラーのミラー角度を算出する
（Ｅ）。電子制御ミラーのミラー角度が算出されたミラ
ー角度と一致するよう電子制御ミラーに対してコンピュ
ータから制御信号が出力される（Ｆ）。以上の（Ａ）〜
（Ｆ）までの処理を繰り返すことにより、微小物体が輸
送目標座標に輸送される。
キャプチャーする（Ａ）。キャプチャーされた画像中に
存在する微小物体の座標を求める（Ｂ）。次いで、算出
された微小物体の座標から、微小物体が輸送される目標
となる輸送目標座標までの最適行路が算出される
（Ｃ）。そして、予め設定された移動量から次時間にお
ける微小物体の移動先となる移動先座標を算出する
（Ｄ）。さらに、次時間における移動座標へ微小物体を
導くように、電子制御ミラーのミラー角度を算出する
（Ｅ）。電子制御ミラーのミラー角度が算出されたミラ
ー角度と一致するよう電子制御ミラーに対してコンピュ
ータから制御信号が出力される（Ｆ）。以上の（Ａ）〜
（Ｆ）までの処理を繰り返すことにより、微小物体が輸
送目標座標に輸送される。
【００１６】この出願の発明のレーザーマニピュレーシ
ョン装置においては、前記のとおり、レーザー光源
（１）より出力されるレーザー光が、レーザー分離手段
（２）により、２本のレーザーに分離され試料セル
（５）中に集光される。試料セル（５）中に集光される
レーザー光の持つ役割としては、以下の２つが挙げら
れ、それぞれのレーザー光がどちらかを分担する。 ａ）微小物体単体の捕捉および輸送 ｂ）複数の微小物体の保持／位置固定 図４に示すように、上記ｂ）の役割を担うレーザー光に
より、試料セル中において複数の微小物体を保持／位置
固定したい微小物体保持領域の内部が走査される。これ
により、ａ）の役割を担うレーザー光により単体の微小
物体を微小物体保持領域へ輸送し、保持／位置固定する
ことが可能となる。
ョン装置においては、前記のとおり、レーザー光源
（１）より出力されるレーザー光が、レーザー分離手段
（２）により、２本のレーザーに分離され試料セル
（５）中に集光される。試料セル（５）中に集光される
レーザー光の持つ役割としては、以下の２つが挙げら
れ、それぞれのレーザー光がどちらかを分担する。 ａ）微小物体単体の捕捉および輸送 ｂ）複数の微小物体の保持／位置固定 図４に示すように、上記ｂ）の役割を担うレーザー光に
より、試料セル中において複数の微小物体を保持／位置
固定したい微小物体保持領域の内部が走査される。これ
により、ａ）の役割を担うレーザー光により単体の微小
物体を微小物体保持領域へ輸送し、保持／位置固定する
ことが可能となる。
【００１７】さらに、この出願の発明であるレーザーマ
ニピュレーション装置においては、微小物体を含む試料
セルを平行移動するための機構を備えてもよく、試料セ
ルを平行移動することで、図５に示すように、試料セル
中の微小物体の座標を相対的に移動することも可能であ
る。
ニピュレーション装置においては、微小物体を含む試料
セルを平行移動するための機構を備えてもよく、試料セ
ルを平行移動することで、図５に示すように、試料セル
中の微小物体の座標を相対的に移動することも可能であ
る。
【００１８】この出願の発明であるレーザーマニピュレ
ーション装置においては、微小物体の選別や分離を容易
に行うために、図６に示すような微小流路を備えるマイ
クロチャンバーを利用しても良い。マイクロチャンバー
を構成するマイクロセル（６１）（６２）（６３）は、
μｌ以下の容量をもち、それぞれに微小流路（６４）が
配置されている。外部に設置された微量送液ポンプによ
り、この微小流路を経由して微小物体を含む試料溶液が
注入／抽出される。
ーション装置においては、微小物体の選別や分離を容易
に行うために、図６に示すような微小流路を備えるマイ
クロチャンバーを利用しても良い。マイクロチャンバー
を構成するマイクロセル（６１）（６２）（６３）は、
μｌ以下の容量をもち、それぞれに微小流路（６４）が
配置されている。外部に設置された微量送液ポンプによ
り、この微小流路を経由して微小物体を含む試料溶液が
注入／抽出される。
【００１９】図７は、このマイクロチャンバーを試料セ
ルとして用い、複数の微小物体中から任意の微小物体を
分離する作業の流れについて示した概要図である。ま
ず、左側のマイクロセル（７１）に微量送液ポンプから
微小物体（７２）を含む試料溶液を注入する（Ａ）。次
いで、マイクロセル（７１）の内部で特定の微小物体
（７３）に対してレーザートラッピングを行い（Ｂ）、
右側のマイクロセル（７４）に移動させる（Ｃ）。右の
マイクロセル（７４）に移動した微小物体（７３）は、
微小流路（７５）に接続された微量送液ポンプにより外
部に取り出される（Ｄ）。
ルとして用い、複数の微小物体中から任意の微小物体を
分離する作業の流れについて示した概要図である。ま
ず、左側のマイクロセル（７１）に微量送液ポンプから
微小物体（７２）を含む試料溶液を注入する（Ａ）。次
いで、マイクロセル（７１）の内部で特定の微小物体
（７３）に対してレーザートラッピングを行い（Ｂ）、
右側のマイクロセル（７４）に移動させる（Ｃ）。右の
マイクロセル（７４）に移動した微小物体（７３）は、
微小流路（７５）に接続された微量送液ポンプにより外
部に取り出される（Ｄ）。
【００２０】微小物体が生体細胞である場合、以上のマ
イクロチャンバーを用いた方法により、各マイクロセル
内でレーザー細胞手術を行い、細胞手術を施した細胞だ
けを選択的に抽出し、他のマイクロセルやマイクロチャ
ンバー外部へ誘導するといったことが可能となる。
イクロチャンバーを用いた方法により、各マイクロセル
内でレーザー細胞手術を行い、細胞手術を施した細胞だ
けを選択的に抽出し、他のマイクロセルやマイクロチャ
ンバー外部へ誘導するといったことが可能となる。
【００２１】もちろん、この出願の発明であるレーザー
マニピュレーション装置は、以上で示した構成に限定さ
れることはなく、その細部について、様々な形態をとり
うることが考慮されるべきである。
マニピュレーション装置は、以上で示した構成に限定さ
れることはなく、その細部について、様々な形態をとり
うることが考慮されるべきである。
【００２２】この出願の発明は、以上の特徴を持つもの
であるが、以下に実施例を示し、さらに具体的に説明す
る。
であるが、以下に実施例を示し、さらに具体的に説明す
る。
【００２３】
【実施例】実施例１
図６に示したマイクロチャンバーを作製し、マイクロチ
ャンバー内部に***酵母細胞（Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈ
ａｒｏｍｙｃｅｓ ｐｏｍｂｅ（ｈ-））を導入しレー
ザートラッピングを行った。マイクロチャンバーは、セ
ルの形状に穴を開けたシリコンゴムを上下方向からガラ
ス基板で挟み込み、接着することで作製した。４０倍の
対物レンズ（開口数０．９）により、レーザー光を約１
μｍ程度に集光した。顕微鏡下におけるレーザー光強度
は約１００ｍＷであった。マイクロチャンバーは、顕微
鏡のＸＹステージ上に設置され、ＸＹステージを移動さ
せることにより、捕捉した***酵母細胞を相対的に移動
させた（図８）。このとき、マイクロセル間の***酵母
細胞の移動距離は、約１．５ｍｍであり、単一の***酵
母細胞を分離するのに要した時間は約３０秒程度であっ
た。実施例２ レーザー光分離手段により分離された２本のレーザー光
を試料セル中に集光し、一方を走査させることで微小物
体保持領域を形成し、複数の細胞を微小物体保持領域中
に補足し、これらを同時に移動させた。
ャンバー内部に***酵母細胞（Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈ
ａｒｏｍｙｃｅｓ ｐｏｍｂｅ（ｈ-））を導入しレー
ザートラッピングを行った。マイクロチャンバーは、セ
ルの形状に穴を開けたシリコンゴムを上下方向からガラ
ス基板で挟み込み、接着することで作製した。４０倍の
対物レンズ（開口数０．９）により、レーザー光を約１
μｍ程度に集光した。顕微鏡下におけるレーザー光強度
は約１００ｍＷであった。マイクロチャンバーは、顕微
鏡のＸＹステージ上に設置され、ＸＹステージを移動さ
せることにより、捕捉した***酵母細胞を相対的に移動
させた（図８）。このとき、マイクロセル間の***酵母
細胞の移動距離は、約１．５ｍｍであり、単一の***酵
母細胞を分離するのに要した時間は約３０秒程度であっ
た。実施例２ レーザー光分離手段により分離された２本のレーザー光
を試料セル中に集光し、一方を走査させることで微小物
体保持領域を形成し、複数の細胞を微小物体保持領域中
に補足し、これらを同時に移動させた。
【００２４】２光束のレーザー光を１００倍の対物レン
ズ（開口数１．２５）により試料セル上に集光した。顕
微鏡下におけるレーザー光強度は１００ｍＷであった。
試料セル内の微小物体として、酵母細胞を用いた。一方
のレーザー光が繰返し周期１５Ｈｚで走査するよう制御
することで微小物体保持領域を形成し、他方のレーザー
光により単体の酵母細胞を微小物体保持領域まで移動し
た。
ズ（開口数１．２５）により試料セル上に集光した。顕
微鏡下におけるレーザー光強度は１００ｍＷであった。
試料セル内の微小物体として、酵母細胞を用いた。一方
のレーザー光が繰返し周期１５Ｈｚで走査するよう制御
することで微小物体保持領域を形成し、他方のレーザー
光により単体の酵母細胞を微小物体保持領域まで移動し
た。
【００２５】顕微鏡下の酵母細胞の状態は、顕微鏡透過
像としてＣＣＤカメラにより撮影され、コンピュータに
リアルタイムでキャプチャーされる。コンピュータ上に
おける各レーザー光の集光座標は、実際の集光座標と関
係づけられている。キャプチャーされた画像中に存在す
る酵母細胞の座標を求め、次いで、算出された酵母細胞
の座標から、酵母細胞が輸送される目標となる輸送目標
座標までの最適行路が算出される。予め設定された移動
量から次時間における酵母細胞の移動先となる移動先座
標を算出し、次時間における移動座標へ酵母細胞を導く
ように、電子制御ミラーのミラー角度を算出する。電子
制御ミラーのミラー角度が算出されたミラー角度と一致
するよう電子制御ミラーに対してコンピュータから制御
信号が出力され、酵母細胞が輸送目標座標に向かって移
動する。以上の処理を繰り返すことで、複数の酵母細胞
を一列に配列し保持することができる。
像としてＣＣＤカメラにより撮影され、コンピュータに
リアルタイムでキャプチャーされる。コンピュータ上に
おける各レーザー光の集光座標は、実際の集光座標と関
係づけられている。キャプチャーされた画像中に存在す
る酵母細胞の座標を求め、次いで、算出された酵母細胞
の座標から、酵母細胞が輸送される目標となる輸送目標
座標までの最適行路が算出される。予め設定された移動
量から次時間における酵母細胞の移動先となる移動先座
標を算出し、次時間における移動座標へ酵母細胞を導く
ように、電子制御ミラーのミラー角度を算出する。電子
制御ミラーのミラー角度が算出されたミラー角度と一致
するよう電子制御ミラーに対してコンピュータから制御
信号が出力され、酵母細胞が輸送目標座標に向かって移
動する。以上の処理を繰り返すことで、複数の酵母細胞
を一列に配列し保持することができる。
【００２６】以上の手順により、たとえば図９にも示し
たように、１分間に３〜１０個程度の酵母細胞を微小物
体保持領域に収集することができた。図１０は、顕微鏡
のＸＹステージを移動することで、一列に配列した３個
の酵母細胞を相対的に移動させたときの様子を示したも
のである。配列を乱すことなくあらゆる方向に移動可能
であることが確認された。
たように、１分間に３〜１０個程度の酵母細胞を微小物
体保持領域に収集することができた。図１０は、顕微鏡
のＸＹステージを移動することで、一列に配列した３個
の酵母細胞を相対的に移動させたときの様子を示したも
のである。配列を乱すことなくあらゆる方向に移動可能
であることが確認された。
【００２７】
【発明の効果】この出願の発明によって、以上詳しく説
明したとおり、複数の微小物体の中から任意の微小物体
を選択的に補足し、配列、輸送、および、固定を自動的
に実現するレーザーマニピュレーション装置を提供され
る。
明したとおり、複数の微小物体の中から任意の微小物体
を選択的に補足し、配列、輸送、および、固定を自動的
に実現するレーザーマニピュレーション装置を提供され
る。
【００２８】この出願の発明であるレーザーマニピュレ
ーション装置は、微小物体を損傷することなく、かつ、
精密に操作する技術として、特に、生体細胞を対象とす
るバイオテクノロジー分野での広い活用が期待される。
ーション装置は、微小物体を損傷することなく、かつ、
精密に操作する技術として、特に、生体細胞を対象とす
るバイオテクノロジー分野での広い活用が期待される。
【００２９】この出願の発明であるレーザーマニピュレ
ーション装置は、レーザートラッピング技術とマイクロ
ファブリケーション技術との融合によってなされたもの
であり、生体細胞の選別の自動化と簡易化を実現するも
のである。
ーション装置は、レーザートラッピング技術とマイクロ
ファブリケーション技術との融合によってなされたもの
であり、生体細胞の選別の自動化と簡易化を実現するも
のである。
【図１】 この出願の発明であるレーザーマニピュレー
ション装置の構成について例示した概要図である。
ション装置の構成について例示した概要図である。
【図２】 コンピュータにおいて実行される処理の概要
について示した流れ図である。
について示した流れ図である。
【図３】 コンピュータにおいて実行される処理の各ス
テップの内、（Ａ）〜（Ｄ）について概念を示した概要
図である。
テップの内、（Ａ）〜（Ｄ）について概念を示した概要
図である。
【図４】 微小物体の保持を行う微小物体保持領域の形
成の原理について示した概要図である。
成の原理について示した概要図である。
【図５】 試料セル中の微小物体の座標を相対的に移動
する様子について示した概要図である。
する様子について示した概要図である。
【図６】 微小流路を備えるマイクロチャンバーの構成
について例示した概要図である。
について例示した概要図である。
【図７】 マイクロチャンバーを試料セルとして用い、
複数の微小物体中から任意の微小物体を分離する作業の
流れについて示した概要図である。
複数の微小物体中から任意の微小物体を分離する作業の
流れについて示した概要図である。
【図８】 この出願の発明の実施例において、捕捉した
生体細胞を移動させた様子について示したＣＣＤ撮像画
像である。
生体細胞を移動させた様子について示したＣＣＤ撮像画
像である。
【図９】 この出願の発明の実施例において、複数の酵
母細胞を微小物体保持領域に収集した様子について示し
たＣＣＤ撮像画像である。
母細胞を微小物体保持領域に収集した様子について示し
たＣＣＤ撮像画像である。
【図１０】 この出願の発明の実施例において、捕捉し
た複数の酵母細胞を移動させた様子について示したＣＣ
Ｄ撮像画像である。
た複数の酵母細胞を移動させた様子について示したＣＣ
Ｄ撮像画像である。
１ レーザー光源
２ レーザー光分離手段
３ 電子制御ミラー
４ 顕微鏡
５ 試料セル
６ 微小物体
７ 顕微鏡光源
８ 対物レンズ
９ ダイクロイックミラー
１０ 撮像装置
１１ フィルター
１２ コンピュータ
６１、６２、６３ マイクロセル
６４ 微小流路
７１ マイクロセル
７２ 微小物体
７３ 微小物体
７４ マイクロセル
７５ 微小流路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｓ 3/101 Ｈ０１Ｓ 3/101
(72)発明者 細川 陽一郎
兵庫県神戸市北区道場町日下部719−８
(72)発明者 松本 由多加
京都府京都市伏見区銀座町２−337
(72)発明者 増原 宏
大阪府東大阪市南鴻池町２−４−16
(72)発明者 佐藤 節哉
大阪府高槻市美しが丘２−９−23
Ｆターム(参考） 2G052 AA33 AB16 AD34 CA04 CA46
DA07 DA22 DA23 DA33 HC03
HC15 HC32 HC43 JA03 JA06
3C007 AS09 BS30 HS29 JU01 KS03
KT01 KT18 LV04 XG01
5F072 JJ20 KK15 KK30 MM08 MM12
MM20 YY01
Claims (5)
- 【請求項１】 レーザー光の光圧により試料セル中に含
まれる微小物体をトラッピングするレーザーマニピュレ
ーション装置において、前記レーザー光を出力するレー
ザー光源と、レーザー光源より出力されるレーザー光を
複数本に分離するレーザー光分離手段と、分離された複
数本のレーザー光をそれぞれ独立して試料セル中に集光
する電子制御ミラーと、試料セル中の様態を撮像する撮
像装置と、撮像装置により撮像された画像のキャプチャ
ー機能および電子制御ミラーの制御機能を備えるコンピ
ュータとを備え、画像をコンピュータにキャプチャーし
た後に、キャプチャーされた画像中における微小物体の
座標を求め、次いで、この微小物体の座標から輸送目標
座標までの最短行路を算出し、予め設定された移動量か
ら次時間における移動先の座標を算出し、さらに、次時
間における移動先の座標へ微小物体を導くよう電子制御
ミラーのミラー角度を制御することで、微小物体を輸送
目標座標まで輸送することを特徴とするレーザーマニピ
ュレーション装置。 - 【請求項２】 レーザー光分離手段によりレーザー光を
レーザー光１とレーザー光２の２本に分離し、レーザー
光１の光圧により微小物体をレーザー光２が走査されて
いる微小物体保持領域に移動し、微小物体を微小物体保
持領域に保持することを特徴とする請求項１記載のレー
ザーマニピュレーション装置。 - 【請求項３】 微小物体を含む試料セルを平行移動する
ための機構を備え、試料中の微小物体の座標を相対的に
移動することを特徴とする請求項１または２のレーザー
マニピュレーション装置。 - 【請求項４】 試料セルとして用いられるマイクロチャ
ンバーが複数のマイクロセルからなり、それぞれのマイ
クロセルには微小流路が備えられており、微小流路が微
量送液ポンプに接続されていることを特徴とする請求項
１乃至３いずれかのレーザーマニピュレーション装置。 - 【請求項５】 電子制御ミラーが、ガルバノミラー／ピ
エゾ駆動によるミラー／アクチュエータ駆動によるミラ
ーのいずれかから選択されることを特徴とする請求項１
乃至４いずれかのレーザーマニピュレーション装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001297823A JP2003094396A (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | レーザーマニピュレーション装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001297823A JP2003094396A (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | レーザーマニピュレーション装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003094396A true JP2003094396A (ja) | 2003-04-03 |
Family
ID=19118824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001297823A Pending JP2003094396A (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | レーザーマニピュレーション装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003094396A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060111143A (ko) * | 2005-04-22 | 2006-10-26 | 한국표준과학연구원 | 광포획을 이용한 입자분리장치 |
| JP2007313378A (ja) * | 2006-05-23 | 2007-12-06 | Keio Gijuku | 光学的物質操作装置 |
| KR20220031528A (ko) * | 2020-09-04 | 2022-03-11 | 부산대학교 산학협력단 | 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치 및 방법 |
-
2001
- 2001-09-27 JP JP2001297823A patent/JP2003094396A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060111143A (ko) * | 2005-04-22 | 2006-10-26 | 한국표준과학연구원 | 광포획을 이용한 입자분리장치 |
| JP2007313378A (ja) * | 2006-05-23 | 2007-12-06 | Keio Gijuku | 光学的物質操作装置 |
| KR20220031528A (ko) * | 2020-09-04 | 2022-03-11 | 부산대학교 산학협력단 | 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치 및 방법 |
| KR102646803B1 (ko) * | 2020-09-04 | 2024-03-12 | 부산대학교 산학협력단 | 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치 및 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20031031 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20040129 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20071122 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20071126 |