JP2005160338A

JP2005160338A - 物質導入装置

Info

Publication number: JP2005160338A
Application number: JP2003401189A
Authority: JP
Inventors: Jun Sasaki; 順佐々木; Yukihiro Yooku; 幸宏陽奥; Jiyunichi Murakoso; 純一村社; Nobuhiko Onda; 信彦恩田; Kazuo Tamamushi; 一雄玉虫
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】物質導入装置に関し、粒子の種類及び導入物質の種類を問わないインジェクション方式でありながら、スループットを向上する。
【解決手段】少なくとも回転ドラム２、粒子供給部６、観察部８、物質導入部９、粒子回収部１０から構成するとともに、少なくとも粒子供給部６、物質導入部９、粒子回収部１０を記載の順序にて回転ドラム２の回転方向に沿って配列する。
【選択図】図１

Description

本発明は物質導入装置に関するものであり、ライフサイエンス分野、特に、再生医療及びゲノム創薬に関連する分野における導入物質の導入効率を高めるとともに、導入済粒子を大量に供給するための構成に特徴のある物質導入装置に関するものである。

近年、再生医療およびゲノム創薬等の分野において、導入物質を導入した粒子、例えば、遺伝子溶液或いは薬剤溶液等の導入物質を内部に導入した細胞或いは細胞様の微細粒子を利用する機会が増加しており、研究用途において、既に多くの物質導入技術が用いられているが、医療用への適用においては研究用途とは異なる要求が存在する。

それは主に、ａ．粒子および導入物質の種類を問わないこと、
ｂ．導入効率が高いこと、
ｃ．導入済粒子を大量に供給できること、
の３点であり、特に、粒子の大量供給は重要であり、再生医療では一度に１０⁵〜１０⁶個の粒子を使用する。

また、物質導入の方法としては多くの技術が知られているが、ここでは、上述のａ及びｂの要件を満足する手法であるインジェクション法を取り上げる。
インジェクション法は、１００％に近い導入成功率の高さが特色であり、物質導入は顕微鏡下で行われ、熟練した作業者または分解能の高い制御装置を用いることにより粒子へのダメージを最低限に抑える針先制御が行われている（例えば、特許文献１或いは特許文献２参照）。

このインジェクション法の欠点は、熟練した作業者でも１時間あたり数百個と言われているようにスループットが低いことであり、この欠点を補うためにいくつかの提案がなされている。

例えば、粒子を１次元ないし２次元のアレイ状に整列したのち、キャピラリと呼ばれる微細針のアレイを用いて一度にインジェクションを行う方式が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

しかし、アレイ状に整列された粒子は様々な形状を持つために、キャピラリアレイを用いるとキャピラリが粒子に刺さらなかったり、逆に細胞を破壊してしまう場合があり、問題になっている。

或いは、粒子を個別に顕微鏡で観察しながら物質導入を行える方式を意図して、シリコン基板側面に１次元アレイ状に形成した捕捉部に粒子を捕捉し、上部から観察しながら焦点深度内でキャピラリを動かし、物質導入を行う方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。

しかし、この提案においては、粒子の供給および取り出しの自動化は意図されておらず、基礎研究や人工授精などの分野では有効であるが、再生医療やゲノム創薬などの産業応用には、スループットの点で及ばないという問題がある。

一方、粒子を搬送するために回転機構を利用して、粒子を水平回転ドラムの側面に吸着し、ドラム上部からまとめて吸引する機構を採用することによって、スループットを向上することが提案されている（例えば、特許文献５参照）。
特開平０５−１９２１７１号公報特開平０６−３４３４７８号公報特開２０００−０２３６５７号公報特開２００２−０１７９６９号公報特開平０１−２３５５７５号公報

しかし、回転機構を利用する方式においては、粒子を支持するために必要な吸引部体積が大きくなるため、吸引開始から細胞吸着までの動作時間が長くなる欠点を有する。

また、粒子の供給や回収の動作といった全体の装置構成が考慮されておらず、実用化のためにはさらなる研究開発が必要となる。

したがって、本発明は、粒子の種類及び導入物質の種類を問わないインジェクション方式でありながら、スループットを向上することを目的とする。

図１は本発明の原理的構成図であり、ここで図１を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記課題を解決するために、本発明は、物質導入装置１において、粒子５の外部から粒子５に物質導入手段を挿入することにより物質導入手段から液体物質を粒子５に導入する物質導入装置１であって、少なくとも回転ドラム２、粒子供給部６、観察部８、物質導入部９、粒子回収部１０から構成されるとともに、少なくとも粒子供給部６、物質導入部９、粒子回収部１０が、記載の順序にて回転ドラム２の回転方向に沿って配列されることを特徴とする。
なお、本発明において流体物質とは、薬液等の液体、或いは、遺伝子を含んだ液体培地等を意味する。

この様に、回転ドラム２を用いた場合には、粒子供給部６、物質導入部９、粒子回収部１０を順に配置することにより、物質導入に必要な各工程の自動化が可能になるとともに、上記の特許文献５のように、粒子５を一括して吸着する場合に比べて粒子５を支持するために必要な吸引部体積が小さくなり、吸引開始から粒子吸着までの動作時間が短くなるので、装置構成の簡素化とスループットの向上が可能になる。
なお、回転ドラム２の回転面は水平面に対して垂直であっても平行であっても、それ以外であっても良い。

また、回転ドラム２の側面に開口部４を有する側壁３を設けるとともに、側壁３の内部に圧力の増減によって側壁３の内部への液体の流出入を制御する圧力調整機構を設けて粒子５捕捉装置を構成することが望ましく、それによって、粒子５の吸着・解放が容易になる。
なお、開口部４は、一つの側壁３に単数でも複数でも良く、使用目的に応じて決定すれば良い。
また、この場合の圧力調整機構は、凹部と凹部内に収容された圧電素子付ダイヤフラムで構成しても良いし、或いは、凹部と凹部に接続するポンプ機構によって構成しても良い。

また、上述の粒子供給部６は、槽構造もしくは配管構造のいずれかにより内部に粒子５を懸濁した液体を保持するとともに、液体の一部が回転ドラム２の側面と接触し、粒子５捕捉装置による吸引作用により開口部４に粒子５を捕捉するように構成することが望ましく、また、粒子回収部１０は、槽構造もしくは配管構造のいずれかにより内部に液体を保持するとともに、液体の一部が前記回転ドラム２の側面と接触し、粒子５捕捉装置の吐出作用により開口部４から粒子５を離脱させるように構成することが望ましい。
なお、粒子５懸濁液とは、粒子５が液体培地もしくは同等の液体中に浮遊しているものを意味する。

また、粒子供給部６と観察部８との間に、配管構造により内部に液体を保持するとともに、液体の出力方向が回転ドラム２の回転方向と逆方向になるように配置され、配管構造から出力される液体の移動によって回転ドラム２に側面に付着した粒子５であって、且つ、粒子５捕捉装置に捕捉されていない粒子５を除去するクリーナ部７を設けることが望ましく、観察部８において必要とする粒子５のみを観察することができる。

また、観察部８を、少なくとも光源、カメラ（即ち、レンズ光学系）、画像変換ユニット（即ち、ＣＣＤ等の光電変換ユニット）、及び、画像処理機構（パーソナルコンピュータに搭載されたキャプチャーボード等）で構成し、カメラの光軸方向が、物質導入部９の移動方向と回転ドラム２の側面上で交叉するように配置するとともに、回転ドラム２の側面に付着した粒子５がカメラの視野内に現出した際に、画像変換ユニットを経て画像処理機構により検出信号を出力するように構成することが望ましく、それによって、物質導入の作業性の向上が可能になる。

特に、物質導入部９を、少なくとも中空の針、導入物質、固定機構、駆動機構、及び、液体吐出機構より構成し、上観察部８を構成する画像処理機構の出力する検出信号により駆動機構を始動させるとともに、駆動機構と固定機構を介して接続された針の先端を、開口部４に付着した粒子５表面にまで移動させて前記液体吐出機構によって前記針の内部に有する導入物質を粒子５の内部に移動するように構成することが望ましく、物質導入工程の自動化が可能になり、スループットを向上することができる。

本発明の実施によって、粒子に導入物質を導入する装置において、粒子の種類および導入物質の種類を問わないインジェクション方式でありながら、同方式の欠点であるスループットが低いことを克服し、再生医療・ゲノム創薬等の事業に供することができる。

本発明は、まず、
ａ．回転ドラムの表面上にある任意の粒子捕捉穴に接続する液体吸引吐出機構内部に設けた移動する壁面を有するポンプ室の動作により内部の体積を拡大し、粒子懸濁液を液体吸引吐出機構内部に吸い込むことによって、粒子捕捉穴に粒子を捕捉する。

次いで、
ｂ．粒子捕捉穴に捕捉された粒子は回転ドラムの回転に従って、物質導入部まで搬送されるが、物質導入部までの搬送経路上設置されたクリーナ部において、クリーナ部から吐出される液体によって、回転ドラムの表面に付着しているが粒子捕捉穴に捕捉されいない粒子を洗い流す。

次いで、
ｃ．粒子が物質導入部にさしかかる様子を、物質導入部の付近に設置された観察部によって観察し、観察部の出力する検出信号を利用することにより、物質導入部を構成する駆動機構により、固定機構を介して接続された針の先端を移動することによって粒子の表面の粒子膜を穿孔し、針の内部に有する導入物質を注入することにより物質導入を自動的に行う。

次いで、
ｄ．物質導入後の粒子は、粒子捕捉部によって捕捉された状態のまま回転ドラムの動きとともに粒子回収部に向かい、粒子回収部において、液体吸引吐出機構内部に設けたポンプ室の動作により内部の体積を縮小し、粒子捕捉穴から液体培地もしくは同等の液体を吐出することによって、粒子を粒子捕捉穴から解放して粒子回収部に集める。

これらのａ→ｂ→ｃ→ｄの一連の工程を回転ドラムの回転にしたがって、順次自動的に行うことによって、粒子吸引機構を簡素化することができるとともに、各工程に要する時間を短縮することができ、それによって、物質導入粒子の大量供給とスループットの向上が可能になる。

ここで、図２及び図８を参照して、本発明の実施例１の物質導入装置を説明する。
図２参照
図２は、本発明の実施例１の物質導入装置の概念的構成図であり、外筐１１、外筐１１に回転軸（図示を省略）が回転自在に固定されるとともに粒子捕捉穴２２を設けた回転ドラム２０、矢印で示す回転ドラム２０の回転方向に順次配列された粒子回収部４０、粒子供給部５０、クリーナ部６０、物質導入部７０、及び、観察部８０からなる。
この場合、観察部８０は、観察部８０を構成するカメラ８２の光軸方向と物質導入部７０を構成するキャピラリ７１の移動方向とが回転ドラム２０の表面上で交叉するように配置する。

この回転ドラム２０は、例えば、幅が１ｃｍの長方形の小片２１を一列に環状に接続してドラム状に構成したものであり、この小片２１に細胞等を捕捉するための粒子捕捉穴２２を設けるとともに、この粒子捕捉穴２２に接続する液体吸引吐出機構３０を設けて粒子捕捉部を構成する。

この場合の小片２１の長さ及び枚数は、必要とする処理量に応じて適宜決定するものであり、例えば、幅が１ｃｍの小片２１を１６枚組み合わせることによって、直径が約５ｃｍの回転ドラム２０が得られる。

図３参照
図３は、本発明の実施例１の物質導入装置を構成する粒子捕捉部の概略的構成図であり、厚さが、例えば、０．２ｍｍの透明なポリカーボネートからなる小片２１に粒子捕捉穴２２を設ける。
なお、一枚の小片２１に設ける粒子捕捉穴２２の間隔及び数は、必要とする処理量に応じて適宜決定するものであり、図においては、便宜上小片１枚当たり１個の粒子捕捉穴２２としている。

この場合の粒子捕捉穴の大きさは使用する粒子の直径に依存するが、使用する粒子が直径１５μｍ程度の血球細胞の場合に、例えば、粒子捕捉側の直径を５μｍとし、液体吸引吐出機構側の直径を２０〜４０μｍ、例えば、２０μｍとする。

この粒子捕捉穴２２に対向する凹部を有する透明なアクリル樹脂板３１を貼り合わせ、この凹部内に内部にＰＺＴからなる圧電素子３５を接着したＳｉダイヤフラム３２を固着し、圧電素子３５を駆動することによってＳｉダイヤフラム３２を構成する薄膜部３４を撓ませ、凹部に形成された圧力調整空間３６の体積を制御して液体の吸引・吐出を制御する。

この場合のＳｉダイヤフラム３２は、凹部の深さが２ｍｍの場合には、例えば、厚さが１ｍｍで直径が５ｍｍの単結晶Ｓｉウェハを機械加工することによって脚部３３及び薄膜部３４を構成するものであり、薄膜部３４の厚さは、例えば、０．１ｍｍとする。

また、圧電素子３５の形状は任意であるが、ここでは、円盤状とし、液体吸引吐出機構３０の標準的な吸引吐出容量である１００ｎリットル程度を実現するために、例えば、１０ｍｍ²の面積とする。

図４参照
図４は、本発明の実施例１の物質導入装置を構成する粒子供給部５０における粒子捕捉動作の説明図であり、粒子供給部５０は供給槽５１と、供給槽５１内に収容された細胞５３が液体培地もしくは同等の液体５４中に浮遊している細胞懸濁液５２とにより構成される。

この細胞懸濁液５２に回転ドラム２０の表面が浸漬するようにした状態で、液体吸引吐出機構３０を構成する圧電素子３５を駆動しＳｉダイヤフラム３２の薄膜部３４を内側に撓ませることによって圧力調整空間３６の体積を拡大して、細胞懸濁液５２を圧力調整空間３６の内部に吸い込むことによって、粒子捕捉穴２２に細胞５３を捕捉する。

なお、一度の動作で細胞５３を捕捉できない場合には、圧電素子３５を再度駆動しＳｉダイヤフラム３２の薄膜部３４を外側に撓ませることによって圧力調整空間３６の体積を縮小して、吸い込んだ液体５４を吐出したのち、同じ動作を繰り返す。

図５参照
図５は、本発明の実施例１の物質導入装置を構成する観察部８０の概念的構成図であり、粒子を照射する光源８１、中倍率かつ長作動距離タイプ、例えば、倍率１０倍、作動距離３０〜４０ｍｍ程度の対物レンズ等の光学要素で構成されるカメラ８２、カメラ８２で集束された光学像を電気信号に変化するＣＣＤ素子等の画像変換ユニット８３、画像変換ユニット８３から出力される電気信号を処理して粒子検出信号等を出力する画像ボード等の画像処理機構８４によって構成される。

図６参照
図６は、本発明の実施例１の物質導入装置を構成するクリーナ部６０及び物質導入部７０近傍の拡大図であり、クリーナ部６０は、液体培地もしくは同等の液体６３を吐出滴下するノズル６１を有する液体吐出機構６２から構成され、ノズル６１から液体６３を吐出することによって、細胞捕捉穴２２に捕捉されずに回転ドラム２０の表面に付着している細胞５３を洗い流す。

このクリーナ作用によって、物質導入に寄与しない細胞５３は除去されるので、観察部８０において細胞捕捉穴２２の捕捉されずに回転ドラム２０の表面に付着している細胞５３が観察されることがなくなり、細胞捕捉穴２２の捕捉されていない細胞５３に対して物質導入部７０を構成するキャピラリ７１が動作することがなくなる。

次いで、物質導入部７０において、駆動機構７３を駆動することによって細胞捕捉穴２２に捕捉された細胞５３に向けて固定機構７２に上下方向に摺動自在に固定されたキャピラリ７１を降下させ、細胞５３を穿孔して、遺伝子或いは薬液用の物質を含んだ液体を吐出する液体吐出機構（図示を省略）によりキャピラリ７１から遺伝子或いは薬液用の物質を導入する。

この場合のキャピラリ７１の大きさは、一例として、外径が１５μｍの血球細胞に対しては、先端外径を１μｍ、内径を０．５μｍとすれば良く、また、注入すべき物質の体積は０．１ｐリットルとするものであり、所要時間は典型的には１〜数秒となる。

図７参照
図７は、上記の物質導入部における動作の一例を示したフロー図であり、観察部８０において、細胞５３を検出した場合には、画像処理機構によって細胞検出信号を図２においては図示していない制御装置に送信し、回転ドラム２０の回転を停止するとともに、制御装置から物質導入部７０に物質導入指令を発し、物質導入部７０においては物質導入指令に基づいてキャピラリ７１を降下させて、細胞５３に遺伝子或いは薬液等の物質を導入する。

物質導入部７０は、制御装置に対して導入終了信号を送信し、これを検出した制御装置の指令によって、観察部８０が再度細胞検出状態に入り、同じ動作を必要とするだけ繰り返す。

図８参照
図８は、本発明の実施例１の物質導入装置を構成する粒子回収部４０における粒子解放動作の説明図であり、粒子回収部４０は回収槽４１と、回収槽４１内に収容された液体培地もしくは同等の液体４２とにより構成される。

この液体４２に回転ドラム２０の表面が浸漬するようにした状態で、液体吸引吐出機構３０を構成する圧電素子３５を駆動しＳｉダイヤフラム３２の薄膜部３４を外側に撓ませることによって圧力調整空間３６の体積を縮小して、液体５４を圧力調整空間３６から吐出することによって、物質導入済細胞５５を液体４２中に解放し、物質導入済細胞５５のみで構成される細胞懸濁液となる。
なお、液体４２は、通常は液体５４と同じものを用いる。

この様に、粒子回収部４０にて得られた物質導入済細胞５５のみで構成される粒子懸濁液を公知の任意の方法で取り出すことにより、自動的かつ大量に物質導入済細胞５５を得ることができる。

この様に、本発明の実施例１においては、回転ドラムの円筒面に粒子供給部５０、クリーナ部６０、物質導入部７０、及び、粒子回収部４０等の物質導入に必要な機構を回転ドラム２０の回転方向に沿って順次配列しているので、物質導入を一連の工程で自動的に行うことが可能になり作業効率が向上する。

また、各工程を分散させて順次行うことにより、粒子吸引機構を簡素化することができるとともに、各工程に要する時間を短縮することができ、それによって、物質導入粒子の大量供給とスループットの向上が可能になる。

次に、図９を参照して、本発明の実施例２の物質導入装置を説明するが、液体吸引吐出機構が異なるだけで、他の構成は上記の実施例１の物質導入装置と同様であるので、粒子捕捉部のみを説明する。
図９参照
図９は、本発明の実施例２の物質導入装置を構成する粒子捕捉部の概略的構成図であり、厚さが、例えば、０．２ｍｍの透明なポリカーボネートからなる小片２１に粒子捕捉穴２２を設ける。

この粒子捕捉穴２２に対向する吸引吐出空間９２及び吸引部９３を設けた透明なアクリル樹脂板９１を貼り合わせ、吸引部９３を介して吸引吐出空間９２に細胞懸濁液５２を構成する液体５４を吸引する。
また、この場合の吸引吐出空間９２のサイズは、例えば、直径１０ｍｍ、深さ０．５ｍｍとし、吸引吐出空間９２の端部に吸引部９３を設けた構造とする。

この実施例２においては、不透明な圧電素子を使用していないので、回転ドラム２０の内部に観察部８０を構成する光源８１を配置し、内部から光を照射することによって、粒子捕捉穴２２に捕捉された細胞５３の有無を検出することができる。

なお、粒子回収部４０においては、吸引部９３から液体５４或いは空気を送り出し、吸引吐出空間９２に吸引されていた液体５４を粒子捕捉穴２２から吐出することによって捕捉されていた物質導入済細胞を解放する。

次に、図１０及び図１１を参照して、本発明の実施例３の物質導入装置を説明する。
図１０参照
図１０は、本発明の実施例３の物質導入装置の概念的構成図であり、外筐１１１、外筐１１１に回転軸（図示を省略）が回転自在に固定されるとともに粒子捕捉穴１２２を設けた回転ドラム１２０、矢印で示す回転ドラム１２０の回転方向に順次配列された粒子回収部１４０、粒子供給部１５０、クリーナ部１６０、物質導入部１７０、及び、観察部１８０からなる。

この場合の回転ドラム１２０の基本的構成は、上記の実施例１或いは実施例２の回転ドラム２０と同様であり、粒子捕捉穴１２２を有する小片１２１を環状に組み合わせることによって構成されるとともに、粒子捕捉穴１２２に対向するように圧力調整機構１３０が設けられている。

また、粒子回収部１４０、粒子供給部１５０、クリーナ部１６０、物質導入部１７０、及び、観察部１８０は、回転ドラム１２０を構成する一枚の小片１２１に設けた粒子捕捉穴１２２の数だけ一次元アレイ状に配置するものである。
また、この場合も、観察部１８０は、観察部１８０を構成するカメラ（図示を省略）の光軸方向と物質導入部１７０を構成するキャピラリ１７１の移動方向とが回転ドラム１２０の円筒表面上で交叉するように配置する。

図１１参照
図１１は、本発明の実施例３の物質導入装置を構成する粒子供給部１５０の概略的構成図であり、粒子供給部１５０は、硬質で塩分による酸化に対する耐性を有する材料、例えば、Ａｌからなる配管１５１、配管１５１の先端に設けられたシリコンゴム等の封止性を有する素材からなる封止部１５２によって構成される。

粒子捕捉穴１２２に細胞５３を捕捉する場合には、配管１５１を回転ドラム１２０の表面に向かって移動させ、先端の封止部１５２を粒子捕捉穴１２２を覆うように回転ドラム１２０の表面に密着させた状態で、配管１５１の内部から細胞懸濁液５２を供給し、アクリル樹脂板１３１に設けられた圧力調整機構１３０を作動させて吸引状態にすることによって、細胞捕捉穴１２２に細胞５３を捕捉させる。

一方、粒子回収部１４０は図示を省略するが、粒子供給部１５０と全く同じ構成の配管及び封止部から構成され、粒子捕捉穴１２２に捕捉されている物質導入済細胞を解放する場合には、配管を回転ドラム１２０の表面に向かって移動させ、先端の封止部を粒子捕捉穴１２２を覆うように回転ドラム１２０の表面に密着させた状態で、配管の内部に液体培地もしくは同等の液体を供給して回転ドラム１２０の表面と液体とが接触する状態とし、圧力調整機構１３０を作動させて吐出状態にすることによって、細胞捕捉穴１２２に捕捉された物質導入済細胞を液体中に解放したのち、配管の内部を吸引状態にすることによって、物質導入済細胞を回収する。

また、クリーナ部１６０、物質導入部１７０、及び、観察部１８０の基本的構成は、上記の実施例１或いは実施例２と同様であるが、回転ドラム１２０の回転方向が異なるため、各部の配置状態、クリーナ液の吐出状態、キャピラリの移動方向等が異なる。

回転軸が垂直な実施例１において、回転ドラムの最下点に粒子供給部を装備することが困難になる場合があるが、この実施例３は、回転軸を水平にして回転させているので、そのような問題を回避することができる。

以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は各実施例に記載した条件・構成に限られるものではなく、各種の変更が可能であり、例えば、各実施例に記載した厚さ、幅、直径、穴の数等の数値は使用目的に応じて任意であり、記載した数値に限られるものではない。

また、上記の各実施例においては、回転ドラムをポリカーボネート及びアクリル樹脂からなる透明部材で構成しているが、他の透明部材で構成しても良いものであり、さらには、透明部材である必要は必ずしもなく、その場合には、回転ドラムの外部に光源を配置すれば良い。

また、上記の各実施例において示した粒子供給部、クリーナ部、物質導入部、観察部、及び、粒子回収部の構成は単なる一例であり、公知の物質導入装置において使用されている各種の構成を転用しても良いものである。

また、上記の各実施例においては、粒子捕捉穴に捕捉された細胞のみを検出するためにクリーナ部を設けているが、クリーナ部は必ずしも必須でなく、細胞捕捉穴の位置は既知であるので、細胞捕捉穴が、観察部の撮像視野に入るタイミングで観察するように制御することによって、クリーナ部は省略しても良いものである。

また、上記の各実施例においては、回転ドラムを連続回転させ、細胞が検出された場合に物質導入動作の間だけ回転を停止することを前提にしているが、細胞の検出に拘わらず細胞捕捉穴の配置間隔、したがって、小片の幅に応じてステップ的に回転・停止動作させても良いものである。

また、上記の各実施例においては、回転ドラムの回転軸を外筐に固定しているが、かならずしも、外筐に固定する必要はなく、特に、実施例１，２の場合、複数の物質導入装置を並列配置する場合には、複数の回転ドラムに共通の回転軸を外筐外で固定すれば良く、小片の幅に応じてステップ的に各回転ドラムを一斉に回転・停止動作させれば良い。

また、上記の各実施例においては、図７に示したように制御装置を用いて一連の工程を自動化しているが、必ずしも全自動である必要はなく、一部を手動によって行っても良いものである。

また、上記の各実施例においては、粒子を血球細胞とし、導入物質を遺伝子或いは薬液としているが、粒子は、他の細胞でも良く、さらには、細胞以外の人工的合成した粒子でも良く、また、導入する物質も目的に応じて適宜変更すれば良いものである。

ここで再び図１を参照して、本発明の詳細な特徴を改めて説明する。
再び図１参照
（付記１）粒子の外部から前記粒子５に物質導入手段を挿入することにより前記物質導入手段から液体物質を前記粒子５に導入する物質導入装置１であって、少なくとも回転ドラム２、粒子供給部６、観察部８、物質導入部９、粒子回収部１０から構成されるとともに、少なくとも前記粒子供給部６、物質導入部９、粒子回収部１０が、記載の順序にて前記回転ドラム２の回転方向に沿って配列されることを特徴とする物質導入装置。
（付記２）前記回転ドラム２の側面に開口部４を有する側壁３を設けるとともに、前記側壁３の内部に圧力の増減によって前記側壁３の内部への液体の流出入を制御する圧力調整機構を設けて粒子捕捉装置を構成することを特徴とする付記１記載の物質導入装置。
（付記３）上記圧力調整機構が、凹部と、前記凹部内に収容される圧電素子付のダイヤフラムによって構成されることを特徴とする付記２記載の物質導入装置。
（付記４）上記圧力調整機構が、凹部と、前記凹部に接続するポンプ機構によって構成されることを特徴とする付記２記載の物質導入装置。
（付記５）前記開口部４を、一つの側壁３に単数または複数設けたことを特徴とする付記２乃至４のいずれか１に記載の物質導入装置。
（付記６）前記粒子供給部６は、槽構造もしくは配管構造のいずれかにより内部に粒子５を懸濁した液体を保持するとともに、前記液体の一部が上記回転ドラム２の側面と接触し、上記粒子捕捉装置による吸引作用により上記開口部４に粒子５を捕捉し、且つ、上記粒子回収部１０は、槽構造もしくは配管構造のいずれかにより内部に液体を保持するとともに、前記液体の一部が前記回転ドラム２の側面と接触し、前記粒子捕捉装置の吐出作用により前記開口部４から粒子５を離脱させることを特徴とする付記２乃至５のいずれか１に記載の物質導入装置。
（付記７）上記粒子供給部６と上記観察部８との間に、配管構造により内部に液体を保持するとともに、前記液体の出力方向が上記回転ドラム２の回転方向と逆方向になるように配置され、前記配管機構から出力される液体の移動によって前記回転ドラム２に側面に付着した粒子５であって、且つ、上記粒子捕捉装置に捕捉されていない粒子５を除去するクリーナ部７を設けたことを特徴とする付記２乃至６のいずれか１に記載の物質導入装置。
（付記８）上記観察部８は、少なくとも光源、カメラ、画像変換ユニット、及び、画像処理機構から構成され、前記カメラの光軸方向が、上記物質導入部９の移動方向と上記回転ドラム２の側面上で交叉するように配置されるとともに、前記回転ドラム２の側面に付着した粒子５が前記カメラの視野内に現出した際に、前記画像変換ユニットを経て前記画像処理機構により検出信号を出力することを特徴とする付記１乃至７のいずれか１に記載の物質導入装置。
（付記９）上記物質導入部９は、少なくとも中空の針、導入物質、固定機構、駆動機構、及び、液体吐出機構より構成され、上記観察部８を構成する画像処理機構の出力する検出信号により前記駆動機構を始動させるとともに、前記駆動機構と固定機構を介して接続された前記針の先端を、上記開口部４に付着した粒子５表面にまで移動させて前記液体吐出機構によって前記針の内部に有する前記導入物質を粒子５の内部に移動することを特徴とする付記１乃至８のいずれか１に記載の物質導入装置。

本発明の活用例としては、再生医療・ゲノム創薬等の事業における細胞への遺伝子或いは薬液の導入が典型的であるが、再生医療・ゲノム創薬以外の分野における微小粒子への微量物質の導入にも適用されることはいうまでもない。

本発明の原理的構成の説明図である。本発明の実施例１の物質導入装置の概念的構成図である。本発明の実施例１の物質導入装置を構成する粒子捕捉部の概略的構成図である。本発明の実施例１の物質導入装置を構成する粒子供給部５０における粒子捕捉動作の説明図である。本発明の実施例１の物質導入装置を構成する観察部８０の概念的構成図である。本発明の実施例１の物質導入装置を構成するクリーナ部６０及び物質導入部７０近傍の拡大図である。物質導入部における動作の一例を示したフロー図である。本発明の実施例１の物質導入装置を構成する粒子回収部４０における粒子解放動作の説明図である。本発明の実施例２の物質導入装置を構成する粒子捕捉部の概略的構成図である。本発明の実施例３の物質導入装置の概念的構成図である。本発明の実施例３の物質導入装置を構成する粒子供給部１５０の概略的構成図である。

符号の説明

１物質導入装置
２回転ドラム
３側壁
４開口部
５粒子
６粒子供給部
７クリーナ部
８観察部
９物質導入部
１０粒子回収部
１１外筐
２０回転ドラム
２１小片
２２粒子捕捉穴
３０液体吸引吐出機構
３１アクリル樹脂板
３２Ｓｉダイヤフラム
３３脚部
３４薄膜部
３５圧電素子
３６圧力調整空間
４０粒子回収部
４１回収槽
４２液体
５０粒子供給部
５１供給槽
５２細胞懸濁液
５３細胞
５４液体
５５物質導入済細胞
６０クリーナ部
６１ノズル
６２液体吐出機構
６３液体
７０物質導入部
７１キャピラリ
７２固定機構
７３駆動機構
８０観察部
８１光源
８２カメラ
８３画像変換ユニット
８４画像処理機構
９１アクリル樹脂板
９２吸引吐出空間
９３吸引部
１１１外筐
１２０回転ドラム
１２１小片
１２２粒子捕捉穴
１３０圧力調整機構
１３１アクリル樹脂板
１４０粒子回収部
１５０粒子供給部
１５１配管
１５２封止部
１６０クリーナ部
１７０物質導入部
１７１キャピラリ
１８０観察部

Claims

粒子の外部から前記粒子に物質導入手段を挿入することにより前記物質導入手段から液体物質を前記粒子に導入する物質導入装置であって、少なくとも回転ドラム、粒子供給部、観察部、物質導入部、粒子回収部から構成されるとともに、少なくとも前記粒子供給部、物質導入部、粒子回収部が、記載の順序で前記回転ドラムの回転方向に沿って配列されることを特徴とする物質導入装置。
前記回転ドラムの側面に開口部を有する側壁を設けるとともに、前記側壁の内部に圧力の増減によって前記側壁の内部への液体の流出入を制御する圧力調整機構を設けて粒子捕捉装置を構成することを特徴とする請求項１記載の物質導入装置。
前記粒子供給部は、槽構造もしくは配管構造のいずれかにより内部に粒子を懸濁した液体を保持するとともに、前記液体の一部が上記回転ドラムの側面と接触し、上記粒子捕捉装置による吸引作用により上記開口部に粒子を捕捉し、且つ、上記粒子回収部は、槽構造もしくは配管構造のいずれかにより内部に液体を保持するとともに、前記液体の一部が前記回転ドラムの側面と接触し、前記粒子捕捉装置の吐出作用により前記開口部から粒子を離脱させることを特徴とする請求項２に記載の物質導入装置。
上記粒子供給部と上記観察部との間に、配管構造により内部に液体を保持するとともに、前記液体の出力方向が上記回転ドラムの回転方向と逆方向になるように配置され、前記配管構造から出力される液体の移動によって前記回転ドラムに側面に付着した粒子であって、且つ、上記粒子捕捉装置に捕捉されていない粒子を除去するクリーナ部を設けたことを特徴とする請求項２または３に記載の物質導入装置。
上記物質導入部は、少なくとも中空の針、導入物質、固定機構、駆動機構、及び、液体吐出機構より構成され、上記観察部を構成する画像処理機構の出力する検出信号により前記駆動機構を始動させるとともに、前記駆動機構と固定機構を介して接続された前記針の先端を、上記開口部に付着した粒子表面にまで移動させて前記液体吐出機構によって前記針の内部に有する前記導入物質を粒子の内部に移動することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の物質導入装置。