JP5951138B2 - スクリーニング装置およびスクリーニング方法 - Google Patents

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Description

本発明は、細胞などの微細粒子に対して光を照射し、微細粒子から発する蛍光に基づいて目的検体となる微細粒子を検知して、当該微細粒子を選択的に吸引して回収するためのスクリーニング装置およびスクリーニング方法に関する。
従来、微細粒子のスクリーニング装置は、細胞などの微小物検体を識別、分取するための装置として、医療分野の研究・検査などで広く使用されている。そして近年、研究・検査機関において、検体破壊を伴わない識別、分取を実現すると共に、これらの処理をより正確に行うことで研究・検査の効率を高めたいとの要望がある。特に、所定分野においては、一細胞単位で識別・分取したいとの要望が高まっていることから、このような一細胞単位での識別・分取処理においても、正確性の向上や高効率化が求められている。
図２１は、検体としての細胞を培養するための従来の培養チャンバを示す模式図である。この培養チャンバ４００は、上層に配置される細胞培養室４０１と、下層に配置される温水循環室４０２との２層構造を有している。
上層の細胞培養室４０１では、細胞Ｍ’を培養するためのカバーガラス４０３がカバーガラス固定手段４０４に固定されており、カバーガラス４０３と温水循環室４０２における後述の光学ガラスとの間に閉空間４０５が形成されている。カバーガラス固定手段４０４には、第２の閉空間４０５中の細胞培養液を交換するための培養液交換口４０６が設けられている。
下層の温水循環室４０２では、２枚の光学ガラス４０７，４０７が対向して配置され、光学ガラス固定手段４０８に固定されている。これら２枚の光学ガラス間には、温水を循環するための閉空間４０９が形成されている。また、光学ガラス固定手段４０８には、閉空間４０９に温水を流入するための温水流入口４１０と、閉空間４０９から温水を流出するための温水流出口４１１が設けられている。
上記従来の培養チャンバでは、培養液交換口４０６を介して閉空間４０５内の培養液を交換することが可能であり、また、閉空間４０５内の培養液の測定温度に基づいて温水循環室４０２の温水温度をＰＩＤ制御することで、当該培養液の温調を行うことが可能となっている（特許文献１）。
図２２は、他の従来の培養容器を示す断面図である。この培養容器５００は、シリコンシール等の接着シール５０１によって基板５０２に密着固定されている。培養容器５００の液交換部５００Ａには、チューブ５０３を介して培養液が溜められる。そして、この液交換部５００Ａに溜められた新たな培養液は、細胞培養部５０４内の古い培養液と半透膜５０５を介して交換され、古い培養液がチューブ５０６により抜き出される。本構成においても、チューブ５０３，５０６を介して培養容器５００及び細胞培養部５０４内の培養液を交換することが可能となっている（特許文献２）。
図２３は、更に他の従来の培養容器を示す図である。この培養容器６００が収容されるチャンバ６０１には、２本のガラス管６０２，６０３が設けられている。ガラス管６０２，６０３の各々はチャンバ６０１の側壁を貫通しており、かつチャンバ６０１に固定されている。ガラス管６０２，６０３の各々の一端は、培養容器６００における培地に浸されている。
ユーザが培養容器６００の培養細胞へ薬剤刺激を与える際には、ピペット６０４（又はシリンジ）を用いて、ガラス管６０３から培地を排出し、その直後にガラス管６０２へ薬剤を注入する。ガラス管６０２の表面には、圧力センサからなる投薬センサ６０５が取り付けられており、ガラス管６０２内を薬剤が通過すると、その通過のタイミングに応じた信号がコンピュータ６０５に送信される。
本構成によれば、ガラス管６０３を介して培養容器６００内の培地を排出すると共に、ガラス管６０２を介して薬剤を培養容器６００内に注入することができる。また、投薬センサ６０５により、投薬の有無あるいはタイミングを監視することが可能となっている（特許文献３）。
特許第４１１７３４１号公報 特許第４００２７２０号公報 特開２００８−１３６４１５号公報
しかしながら、図２１に示す従来の培養チャンバでは、閉空間内の培地を新たな培地に置換する際、新たな培地が古い培地と混ざり合ってしまうため、新たな培地と古い培地とを正確に置換することができない。また、図２２に示す従来の培養容器では、細胞培養部４０４内の古い培地を半透膜４０５を介して新たな培地と交換するため、図２１の技術と同様、新たな培地と古い培地とを正確に置換することができず、置換に長時間を要する。
また、図２３に示す従来の培養容器では、ピペット又はシリンジを用いて培養容器から培地を排出し、その直後に培養容器に薬剤を注入するため、培地と薬剤とを正確に置換することができず、また効率もよくない。
特に、上記いずれかの培養チャンバあるいは培養容器に試薬を導入する場合、試薬と容器内の培地とが混ざり合うことで該試薬が希釈されてしまう。省資源化やコストの観点からなるべく少量の試薬液を用いて分取しようとすると、目的検体の発光強度が弱くなり、分取精度が低下してしまうという問題がある。
本発明の目的は、微細粒子を収容する容器内の液体を正確且つ効率的に置換することができ、分取精度を向上することが可能なスクリーニング装置およびスクリーニング方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明のスクリーニング装置は、微細粒子から発する光情報に基づいて所定の微細粒子を探索し、探索された微細粒子を選択的に取得するためのスクリーニング装置であって、光透過性材料で形成され、かつ少なくとも１つの微細粒子を含む液体が収容されるウェルが形成された計測用チップと、前記計測用チップに収容された前記微細粒子が発する光情報を計測する計測部と、前記光情報を解析して、前記ウェル内に収容されている微細粒子の光情報を抽出する解析部と、前記計測用チップ上に形成された液体保持部と、前記液体保持部に保持された液体を排出する排出部と、前記液体保持部に液体を導入する導入部と、前記液体保持部の液面高さを制御する液面制御部とを備えることを特徴とする。
また、前記液面制御部は、前記液体保持部から排出される液体量及び排出タイミングと、前記液体保持部に導入される液体量及び導入タイミングとを、個別に制御する。
前記液面制御部は、前記排出部の下流に配置された第１液送部と、前記導入部の上流に配置された第２液送部と、前記第１液送部及び前記第２液送部の動作を制御する制御部とを有している。
また、スクリーニング装置は、前記計測用チップの端部上面に配置された枠体構造からなり、前記計測用チップを装置本体に固定する固定部材を更に備え、前記液体保持部が、前記固定部材の内部空間に形成される。
また、前記固定部材は、該固定部材の下面と前記計測用チップの上面との間に形成され、前記計測用チップの平面方向に延出して設けられた扁平状の導入口と、前記導入口の上方から該導入口に液体を供給する第１流路とを有し、前記導入部が、前記第１流路および前記導入口で構成される。
また、前記導入口の縦方向断面の面積をＳ１、該導入口の断面の幅をａ１、前記第１流路の断面の面積をＳ２、該第１流路の断面の幅をａ２としたとき、Ｓ１＜Ｓ２であり且つａ１＞ａ２を満たすのが好ましい。
また、前記固定部材は、該固定部材の下面と前記計測用チップの上面との間に形成された第１排出口と、前記第１排出口から外部に液体を排出する第２流路とを有し、前記排出部が、前記第１排出口および前記第２流路で構成されてもよい。
また、前記固定部材は、該固定部材の下面と前記計測用チップの上面との間に形成された第１排出口と、前記第１排出口から外部に液体を排出する第２流路と、前記第１排出口の上方に形成された第２排出口と、該第２排出口から外部に液体を排出する第３流路とを有し、前記排出部が、前記第１排出口、前記第２流路、前記第２排出口および前記第３流路で構成されてもよい。
前記固定部材は、前記第２排出口の近傍に設けられた堰部を更に有していてもよい。
また、本発明のスクリーニング装置は、微細粒子から発する光情報に基づいて所定の微細粒子を探索し、探索された微細粒子を選択的に取得するためのスクリーニング装置であって、光透過性材料で形成され、かつ少なくとも１つの微細粒子を含む液体が収容されるウェルが形成された計測用チップと、前記計測用チップに収容された前記微細粒子が発する光情報を計測する計測部と、前記光情報を解析して、前記ウェル内に収容されている微細粒子の光情報を抽出する解析部と、前記計測用チップ及び／又は前記収容プレートの温度を制御する温度制御部と、を備えることを特徴とする。
本発明のスクリーニング方法は、微細粒子から発する光情報に基づいて所定の微細粒子を探索し、探索された微細粒子を選択的に取得するスクリーニング方法であって、計測用チップ上に基準液体を導入し、該計測チップ上のウェルの位置座標情報を計測し、その後前記基準液体を排出する第１計測工程と、前記計測用チップ上に検索用液体を導入し、前記ウェル内の微細粒子が発する光情報を計測する第２計測工程と、前記計測用チップ上の検索用液体を排出し、基準液体を少なくとも１回導入及び排出して、前記計測用チップを洗浄する洗浄工程と、計測された前記位置座標情報および前記光情報に基づいて、所定の回収条件を満たした微細粒子を目的検体として識別する識別工程と、前記目的検体を回収する回収工程とを有し、前記第１計測工程、前記第２計測工程および前記洗浄工程のうち少なくとも前記第２計測工程で、前記計測用チップ上の液面高さを制御する液面制御工程を有することを特徴とする。
前記液面制御工程は、液体を入れ替える前に、前記基準液体の液面を下げてから前記検索用液体を導入する。
また、前記第１計測工程は、基準液体を前記計測用チップ上に導入して前記液面高さが第１の液面高さとなるように制御し、その後、前記基準液体を排出して、前記液面高さが前記ウェルの直上に位置する第２の液面高さとなるように制御する。
また、前記第２計測工程は、前記検索用液体を前記計測用チップ上に導入して前記液面高さが第３の液面高さとなるように制御する。
また、前記洗浄工程は、前記検索用液体を排出して、前記液面高さが第４の液面高さとなるように制御する。このとき、前記洗浄工程における前記第４の液面高さが、前記第２計測工程における前記第２の液面高さより低く設定されるのが好ましい。
本発明によれば、計測用チップ上に形成された液体保持部の液面高さを制御するので、分取作業の各工程中に、微細粒子を収容するウェルおよび液体保持部内の液体を正確且つ効率的に置換することができる。したがって、ウェル内の微細粒子の光情報を正確に取得することができ、分取精度を向上することが可能となる。
また、液体保持部から排出される液体量及び排出タイミングと、該液体保持部に導入される液体量及び導入タイミングとを、個別に制御することができるので、液体保持部の液面高さを所望の高さに変更することができ、ウェル内の微細粒子の光情報をより正確に取得することができる。
特に、計測用チップ上の基準液体の液面を安定した位置に保つことで、微細粒子の非反応時の状態を正確に計測することができる。また、培地などの基準液体を試薬液などの検索用液体に置換する際に、当該基準液体の液面高さを所定の液面高さまで低くすることで、その後に導入される検索用液体が希釈されるのを抑制することができ、目的検体となる微細粒子の本来の反応を正確に把握することができる。また、少量の検索用液体で微細粒子の発光強度を高めることも可能となる。さらに、検索用液体の液面が低いと、表面張力などの影響により、液体保持部の固定部材近傍での液面高さにばらつきが生じるが、微細粒子の反応時に検索用液体の液面高さを所定高さに保つことで、計測用チップ上の全ての位置で、微細粒子の反応時の状態を正確に計測することができる。更には、計測用チップ上の検索用液体をほぼ全て排出した後、基準液体を導入及び排出することで、計測用チップの洗浄の精度・効率を向上することができる。
また、本発明によれば、計測用チップのウェルが形成された面とは反対側の面に気体を吹き付けるので、細胞などの微細粒子を目的に応じて最適に保つために基準液体や検索用液体を所定温度に保持した場合にも、計測用チップ表面に結露が生じることが無い。したがって、結露による光の屈折・散乱を防止することができ、微細粒子の光情報を正確に取得することが可能となる。
また、計測用チップ及び／又は収容プレートの温度を制御するので、細胞を活性化あるいは休眠させることができ、細胞を目的に応じて最適に保つことが可能となる。
本発明の実施形態に係るスクリーニング装置の構成を概略的に示す斜視図である。 図１のスクリーニング装置の斜視図である。 図２における移動部と搭載用テーブルの詳細を示す斜視図である。 図３の搭載用テーブル上の収容プレートと計測用チップの構成を示す斜視図である。 計測用チップと該計測用チップの固定部材の構成を示す拡大断面図である。 本発明における目的検体のスクリーニング方法を説明するフローチャートである。 従来の構成を用いて検体のタイムラプス計測を説明する図である。 本発明における液面制御部の構成を示す模式図である。 図５の固定部材の詳細を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の計測用チップ上に形成される液体保持部に液体を導入・排出する方法を説明する図であり、（ａ）は液体排出、（ｂ）は液体導入、（ｃ）は検知される光強度の大きさを示す。 従来の計測用チップ上に液体を導入・排出する方法を説明する図であり、（ａ）は液体排出、（ｂ）は液体導入、（ｃ）は検知される微小粒子の光強度の大きさを示す。 図８の液面制御部で実行される液面制御において、液体保持部の液面高さの時間変化を示す図である。 図９の固定部材の変形例を示す図であり、（ａ）は部分断面図、（ｂ）は（ａ）に示す固定部材における導入口と流路の寸法関係を示す模式図である。 図８の液体切替部および第１液送部の変形例を示す図であり、（ａ）は液体の基準液体の液送、（ｂ）は次の液体の液送を示す。 図４の搭載用テーブルに温調機構が搭載された変形例を示す図である。 搭載用テーブルの下方に送風機構が設けられた変形例を示す図である。 図１６における固定部材の変形例を示す図である。 図１７の固定部材の変形例を示す図であり、（ａ）は全体断面図、（ｂ）及び（ｃ）は水滴の回収方法を説明するための部分断面図である。 図１８における板状部材の厚みｄを説明するための図である。 図１８に示す構成に吸湿部材を更に設けた変形例を示す図である。 検体としての細胞を培養するための従来の培養チャンバを示す模式図である。 他の従来の培養容器を示す断面図である。 更に他の従来の培養容器を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るスクリーニング装置の構成を概略的に示す側面図であり、図２は、図１のスクリーニング装置の斜視図である。
図１および図２において、スクリーニング装置１は、計測用チップ６０内の複数の微細粒子（例えば生体の細胞など）が発する蛍光に基づいて目的検体となる所定の微細粒子を探索して、回収条件を満たした微細粒子が収容されたウェル内の微細粒子を選択的に吸引して、収容プレート５０に回収する装置である。
具体的には、スクリーニング装置１は、ベース１１と、支持部１２（図２）と、回収部１３と、計測部１４と、画像解析部１５（解析部）と、移動部１６とを備え、図２に示すように、各部がカバー１９により覆われている。カバー１９は、外部からの光や異物の進入を防いでいる。なお、ベース１１は、スクリーニング装置１の各要素を保持するための本体フレームである。
図１に示すように、図１の紙面垂直方向がＸ方向（第１方向）であり、左右方向がＹ方向（第２方向）である。Ｚ方向は、Ｘ方向とＹ方向に対して垂直な方向である。
ベース１１は、略水平に配されたプレート部材１１１，１１２，１１３を有しており、これらプレート材を介して、回収部１３と、計測部１４と、移動部１６とを保持している。プレート部材１１１，１１２は、複数の垂直部材１１４により平行に固定されており、プレート部材１１２，１１３は、複数の部材１１５により平行に固定されている。この垂直部材１１４は、振動を遮断する材質からなり、高さ調整可能に構成されている。
上記複数のプレート材のうち最も上に位置するプレート部材１１３の上には、支持部１２と支持台３０が固定されている。支持部１２は、プレート部材１１３の上においてＺ方向に沿って垂直に立てて配置されている。支持台３０は、脚部３０ａと支持板３０ｂを有している。プレート部材１１１，１１２，１１３と支持板３０ｂは、Ｚ方向に関して相互に所定間隔をおいて配置されている。
支持台３０の支持板３０ｂ上には、移動部１６が載置固定されている。移動部１６上には、搭載用テーブル４０、収容プレート５０および計測用チップ６０が搭載されている。移動部１６は、搭載用テーブル４０、すなわち収容プレート５０と計測用チップ６０を、Ｘ方向および／又はＹ方向に沿って移動して位置決めすることが可能となっている。
図３は、図２における移動部１６と搭載用テーブル４０の詳細を示す斜視図である。
図３に示すように、移動部１６は、テーブル１６１と、該テーブル上に配置されたテーブル１６２を有している。テーブル１６１は、支持台３０に固定されており、テーブル１６２をＸ方向に沿って移動して位置決め可能に搭載している。テーブル１６２は、搭載用テーブル４０をＹ方向に沿って移動して位置決め可能に搭載している。
テーブル１６１の上面には、ガイドレール１６３，１６３とモータ１６４が設けられている。テーブル１６２の下面には、断面Ｕ字型の係合部材１６５，１６５とナット１６６が設けられている。係合部材１６５，１６５は、それぞれガイドレール１６３，１６３と移動可能に係合している。モータ１６４の送りねじ１６７は、ナット１６６と螺合している。
また、モータ１６４は制御部１００と電気的に接続されており、制御部１００からの指令に応じてモータ１６４を作動して送りねじ１６７を回転すると、テーブル１６２がＸ方向に沿って移動して位置決めされる。
テーブル１６２の上面には、ガイドレール１６８，１６８とモータ１６９が設けられている。搭載用テーブル４０の下面には、断面Ｕ字型の係合部材１７０，１７０とナット１７１が設けられている。係合部材１７０，１７０は、それぞれガイドレール１６８，１６８と移動可能に係合している。モータ１６９の送りねじ１７２は、ナット１７１と螺合している。
モータ１６４は制御部１００と電気的に接続されており、制御部１００からの指令に応じてモータ１６４を作動して送りねじ１７２を回転することで、搭載用テーブル４０がＹ方向に沿って移動して位置決めされる。
また、テーブル１６１は開口部１７３を、テーブル１６２は開口部１７４をそれぞれ有しており、さらに搭載用テーブル４０は開口部１７５を有している。これら開口部１７３，１７４，１７５は、テーブル１６２がＸ方向に移動し、搭載用テーブル４０がＹ方向に移動しても常に重なるような大きさを有している。これら開口部１７３，１７４，１７５を介して、計測部１４の対物レンズ１１０側からの光Ｌが、搭載用テーブル４０の上の計測用チップ６０の微細粒子に照射される。
また、テーブル１６２がＸ方向に移動しかつ搭載用テーブル４０がＹ方向に移動した場合にも、対物レンズ１１０側からの光Ｌは、開口部１７３，１７４，１７５を通過して、搭載用テーブル４０上の計測用チップ６０の微細粒子に照射される。すなわち、テーブル１６１，１６２および搭載用テーブル４０がいずれの相対位置にあった場合でも、微細粒子から蛍光を発生させることが可能となっている。
図４は、図３の搭載用テーブル４０上の収容プレート５０と計測用チップ６０の構成を示す斜視図である。
搭載用テーブル４０は、例えば長方形状の板状部材であり、この搭載用テーブル４０の搭載面４０ａ上には、収容プレート５０と計測用チップ６０が着脱可能にＹ方向に並べて搭載されている。
収容プレート５０は、板状の部材であり、収容プレート５０には多数のウェル５１がＸ方向とＹ方向に沿って等間隔でマトリックス状に配列されている。これらのウェル５１は、生物細胞等の微細粒子が吸引・吐出キャピラリ１４０から順次排出されてくるときに、順次排出されてくる微細粒子を別々に回収して格納することができる回収格納部である。収容プレート５０のウェル５１は、例えば鉛直方向断面略Ｕ字型の凹部、あるいはカップ型の凹部である。
計測用チップ６０は、固定部材１２０により搭載用テーブル４０の搭載面４０ａ上に固定されており、この固定部材１２０は、搭載用テーブル４０の所定位置に位置決めして固定されている。
図５は、計測用チップ６０と該計測用チップの固定部材１２０の構成を示す拡大断面図である。固定部材１２０は、計測用チップ６０を搭載用テーブル４０の搭載面４０ａに対して一定の高さの基準面ＣＬの位置で固定して保持する。具体的には、固定部材１２０は、計測用チップ６０を協働して保持する固定部材１２１，１２２で構成されている。これら固定部材１２１，１２２は、計測用チップ６０の端部を囲うように配置された略枠体構造からなる。
計測用チップ６０は、固定部材１２１，１２２の間に配置されており、固定部材１２１，１２２に挟持されることで、固定部材１２１，１２２とそれぞれ圧接している。これにより、計測用チップ６０と固定部材１２１の間のシール性が確保される。
そして、計測用チップ６０と固定部材１２１が圧接した状態で、計測用チップ６０の上面６０ａが固定部材１２２を介して基準面ＣＬに位置決めされる。これにより、計測用チップ６０の上面６０ａと、計測部１４の対物レンズ１１０および収容プレート５０とのＺ方向に関する距離を正確に管理することが可能となっている。換言すれば、計測用チップ６０のウェル６１内の微細粒子Ｍの位置と、計測部１４の対物レンズ１１０と収容プレート５０との距離を正確に管理することができる。
また、固定部材１２１は、その平面方向中央部かつ計測用チップ６０の上方に設けられ、液体Ａを保持する液体保持部１２９を有しており、培地、試薬液、反応液等の各種液体を保持することが可能に構成されている。すなわち液体保持部１２９は、略枠体構造である固定部材１２１の内部空間に形成されている。なお固定部材１２１は、固定部材１２２に対して例えば不図示のヒンジ機構部を用いて開閉することができ、これにより、固定部材１２０内の計測用チップ６０を取り出して、新たな計測用チップ６０と交換することができる。固定部材１２０の詳細については後述する。
計測用チップ６０は、光透光性を有する材料、例えばガラスやプラスチックにて成形されており、その上面６０ａには、多数のウェル６１が例えばマトリックス状に配列されている。各ウェル６１は、例えば鉛直方向断面略台形、あるいは略カップ型の凹部であり、ウェル６１の水平方向断面形状は、好ましくは略円形である。各ウェルは、計測用チップ６０上に微細粒子Ｍが分注もしくは一括注入されたとき、１つの微細粒子Ｍが格納され得る大きさで形成されている。
また、回収部１３は、識別された微細粒子Ｍを目的検体として分取する吸引・吐出キャピラリ１４０を備えている（図１）。吸引・吐出キャピラリ１４０は、Ｚ２方向（下方向）に沿って縮径される先細り状の中空部材であり、その内部には管路が形成されている。
計測部１４は、計測用チップ６０の複数のウェル６１が含まれる領域に対して光Ｌを照射することで、その領域内の微細粒子Ｍから蛍光を発生させて、その蛍光を受光する（図１）。受光した微細粒子Ｍからの蛍光は、画像解析部１５により画像解析される。
具体的には、計測部１４は、計測用チップ６０および計測用チップ６０に収容された微細粒子Ｍに少なくとも１つ以上の光源より導かれる光を照射することによって、透過光、反射光もしくは蛍光による形状および位置情報、並びに蛍光・化学発光等の輝度情報を個々の微細粒子の平均サイズより細かい分解能で取得すると共に、計測用チップ自体の形状や、計測用チップ６０上に配置されたウェル６１の位置座標や大きさ等の情報を取得する。
また、計測部１４は、対物レンズ１１０を有しており、対物レンズ１１０は計測用チップ６０に対して光を導く。対物レンズ１１０は、計測用チップ６０と移動部１６の下方に配置されており、吸引・吐出キャピラリ１４０は、計測用チップ６０と移動部１６の上方に配置されている。これにより、計測用チップ６０とその移動部１６が、対物レンズ１１０と吸引・吐出キャピラリ１４０の間に配置される。
また、計測部１４は、光源としての励起光源１８１と、励起光源１８１より照射される光のうち所望の励起波長帯域のみを選択するための光学フィルタ（励起フィルタ）１８４と、計測用チップ６０からの光情報の所望の波長帯域のみを選択するための光学フィルタ（蛍光フィルタ）１８５と、励起光と光情報との波長帯域の差によって光路を切り替えるためのダイクロイックミラー１８６から構成される蛍光フィルタユニット１８３と、励起光源１８１から出射された光を計測用チップ６０に導くとともに計測用チップ６０から得られる光情報を収集するための対物レンズ１１０と、対物レンズ１１０を光軸方向に可動させるオートフォーカス機能を持つフォーカスユニット１８７と、計測対象からの光情報を検出するための光検出部としての受光部１８８とを有している。蛍光フィルタユニット１８３と受光部１８８は、蛍光落射ユニット１９０に固定されている。
この計測部１４において、励起光源１８１は、例えばレーザ光源や水銀ランプで構成される。シャッターユニット１８２は、励起光源１８１と蛍光フィルタユニット１８３の間に配置されており、シャッターユニット１８２は計測用チップ６０の微細粒子Ｍに対して光Ｌを照射しない場合には、励起光源１８１の発生する光Ｌを蛍光フィルタユニット１８３の手前で遮断することが可能となっている。
さらに、計測部１４は不図示のハーフミラーを有しており、ハーフミラーと蛍光フィルタユニット１８３とを切り替えることで、励起光源１８１からの光の一部を観察対象に照射すると同時に、観察対象からの反射光の一部を受光部１８８に導くことによって、計測用チップ６０の上面６０ａおよび該上面に形成されたウェル６１の形状および位置情報を計測することができる。
また、この計測部１４では、複数の対物レンズ１１０ａ，１１０ｂ・・・が、例えばレボルバー式で回転することで、必要な倍率の対物レンズを計測用チップ６０の下方位置に位置決めすることができる。フォーカスユニット１８７は、例えば制御部１００からの指令によりモータ１８９を作動することで、計測用チップ６０の下方位置に配置された例えば対物レンズ１１０をＺ方向に沿って移動して位置決めすることで、計測用チップ６０の微細粒子Ｍに対する対物レンズ１１０のフォーカス調整を行うことができる。
画像解析部１５は、各ウェル６１内の複数の微細粒子Ｍの内の、少なくとも最大強度の蛍光を発する微細粒子Ｍ１の蛍光輝度を算出する。
具体的には、画像解析部１５は、計測された形状情報および光情報を解析することで、少なくとも各ウェル６１内に、測定者によって設定できる輝度条件を満たす微細粒子Ｍが存在することを確認するためのデータを取得する。そして、画像解析部１５は、透過光もしくは反射光によるウェル６１の位置座標情報と蛍光・化学発光の光情報とを合わせ照合することにより微細粒子からの光情報を抽出する。また、計測部１４はオートフォーカス機能を有しており、所定位置で合焦した状態で計測を行なうとともに、吸引・吐出キャピラリ１４０の先端部と計測用チップ６０上面との位置関係を、両者に対するオートフォーカスの実施により判断することができる。
制御部１００は、Ｘ方向とＹ方向で構成される平面内において、回収条件を満たした最大輝度の蛍光を発する微細粒子Ｍ１が収納されているウェル６１の位置を検知する。そして制御部１００は、図３のモータ１６４，１６９に対して制御駆動信号を与えることで、移動部１６上の計測用チップ６０のウェル６１を、吸引・吐出キャピラリ１４０の真下に位置させることができる。すなわち、吸引・吐出キャピラリ１４０は、特定のウェルをターゲットとして、当該ウェル内の微細粒子を吸引することが可能に構成されている。また、吸引・吐出キャピラリ１４０は、複数のウェルの内の選択されたウェル、すなわち所定の回収条件を満たした微細粒子の入っているウェル内から一又は複数の微細粒子を吸引することが可能となっている。さらに、吸引・吐出キャピラリ１４０は、上記選択された一又は複数の微細粒子を、収容プレート５０の所定のウェル５１に吐出することが可能となっている。
上記のように構成されるスクリーニング装置１では、例えば以下のように目的検体が回収される。
図６に示すように、先ず、計測用チップ６０の配置情報として、該計測用チップの基準位置の情報や補正パラメータ等を取得し（ステップＳ１）その後、画像解析を行い、各ウェルの中心位置座標情報を取得する（ステップＳ２）。次に、光を照射し、微細粒子（サンプル）の光情報を取得して、輝度解析を行う（ステップＳ３）。輝度解析としては、例えば後述の図７に示すように、各ウェルに反応液を導入して該ウェル内の微細粒子を蛍光させ、この蛍光情報の時間変化を測定してもよい。また、反応液の導入の如何に因らず既に発光している微細粒子の情報を測定してもよい。また、計測チップ６０上の各ウェルに収容されている微細粒子の数を計測してもよい。
次いで、取得された蛍光情報に基づいて、ユーザが所望する微細粒子の回収条件、例えばある蛍光の輝度が所定の閾値を超えたもの、あるいは、複数の蛍光（例えば、蛍光の色が異なる）を使用した場合に、少なくとも一つの蛍光の輝度が所定の閾値を越えたものや、これらの任意の組み合わせを回収条件とする。また、任意の蛍光の輝度につき、回収から除外したもの（閾値より低いもの）を組み合わせてもよい。このようにして決定された幾つかの条件を入力し（ステップＳ４）、上記回収条件を満たした微細粒子を目的検体として特定する（ステップＳ５）。そしてキャピラリの中心位置を画像解析等により取得し、その中心位置あるいは該中心位置に対して所定距離ずらした位置を、微細粒子回収の際のウェルの中心位置（位置情報）として設定する（ステップＳ６）。そして目的検体が収容された各ウェルの中心位置を、ステップＳ６で設定された微粒子回収の際のウェルの中心位置に合わせるように移動し、ステップＳ５で特定された目的検体を順次回収する（ステップＳ７）。回収されたサンプルは、ユーザが予め設定した収容プレート５０上の所定のウェルに収容される。
ここで、図６に示す方法で検体を精度良く識別するには、細胞などの微細粒子Ｍが発する蛍光のタイムラプスを正確に計測する必要がある。例えば、計測用チップ６０上に微細粒子を収容した後、培地が保持された液体保持部１２９に試薬液を導入し、培地を試薬液に置換すると、所定時間経過後、目的検体となる微細粒子Ｍが刺激されて蛍光を発する（図７）。同じ目的検体であれば、培地から試薬液への置換開始から各細胞が反応するまでの経過時間は通常一定であるが、各細胞が収容されるウェルの位置等の影響により、反応時間が異なり、また蛍光強度が異なる場合がある。このことから、計測部１４において、試薬液導入後の各微細粒子の蛍光の度合いを高感度且つタイムリーに計測することが求められる。
このとき、目的検体と非目的検体とを明確に区別できるように、ウェル内で培地に浸されている細胞を、その後に導入する試薬液と適切に反応させて、目的検体である細胞の蛍光強度を大きくするのが望ましい。そこで本発明では、計測用プレート６０上に形成された液体保持部１２９の液面を制御することで、目的検体の高精度な識別を可能としている。
本発明のスクリーニング装置１は、図８に示すような液面制御部２００を備えている。この液面制御部２００は、液体保持部１２９から排出される液体量及び排出タイミングと、液体保持部１２９に導入される液体量及び導入タイミングとを、個別に制御することが可能となっている。具体的には、液面制御部２００は、固定部材１２０の排出部（後述）の下流に配置された液送部２０１（第１液送部）と、固定部材１２０の導入部（後述）の上流に配置された液送部２０２（第２液送部）と、液送部２０１，２０２の動作を制御する制御部２０３とを有している。液送部２０２の上流には、液送部２０２に培地や試薬液などの各種液体を切り替えて供給するための液体切替部２０４が設けられている。なお液面制御部２００は、上述の制御部１００とは別に設けられているが、共通の制御部を使用してもよい。
液送部２０１は、固定部材１２０に設けられる２つの排出部のそれぞれにチューブを介して接続されるポンプ２０１ａ，２０１ｂで構成され、制御部２０３からの信号に基づいて、電圧変化により流量を変更することが可能となっている。ポンプ２０１ａ，２０１ｂの下流には、各ポンプから送出された液体を保持する排液タンク２０５が配置されている。
液送部２０２は、後述の導入部にチューブを介して接続されるポンプ２０２ａと，該ポンプに取り付けられたステッピングモータ２０２ｂとで構成され、少量の液体を高精度で送出することが可能となっている。
制御部２０３は、ポンプ２０１ａ，２０１ｂ、及びポンプ２０２ａ（又はステッピングモータ２０２ｂ）と電気的に接続されており、外部からの信号或いはタイマーのＯＮ／ＯＦＦに応じて、各ポンプ動作を個別に制御する。
液体切替部２０４はリボルバ式の切替機構であって、培地や試薬液などの複数種類の液体が入った試験管２０４ａを固定する回転台２０４ｂと、該回転台を回転するステッピングモータ２０４ｃと、回転台２０４ｂの上方に取り付けられ、液送部２０２に接続されるチューブ２０４ｄを固定する固定台２０４ｅと、回転台２０４ｂと固定台２０４ｅとを上下方向（縦方向）に相対移動して、チューブ２０４ｄの端部を所定の試験管に挿入する交流モータ２０４ｆとを有している。ステッピングモータ２０４ｃと交流モータ２０４ｆは、それぞれ制御部２０３又は不図示の他の制御部に電気的に接続されており、制御部２０３からの信号に応じて回転台２０４ｂ及び固定台２０４ｅを回転・移動し、これにより所望の液体を液送部２０２に送出することが可能となっている。
図９は、液送部２０２の下流に接続される固定部材１２０の詳細を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
固定部材１２０は、計測用チップ６０の外周部を上下方向から固定部材１２１，１２２で挟み込むことで、当該固定部材の内部に計測用チップ６０を固定している。具体的には、下側に配置される固定部材１２２は、略枠体構造であって、その上面内側に段付き部１２２ａを有しており、該段付き部に計測用チップ６０の外周部が嵌め込まれる。これにより、計測用チップ６０の側面および下面が固定部材１２２に支持される。なお計測用チップ６０の外周部が嵌め込まれる段付き部は、上側に配置される固定部材１２１に設けられてもよい。
上側に配置される固定部材１２１は、略枠体構造であって、その下面内側が計測用チップ６０の上面と当接している。これにより計測用チップ６０の上面６０ａが固定部材１２１に支持される。
また、固定部材１２１は、その下面内側に液導入用段付き部１２１ａを有している。この液導入用段付き部１２１ａは、固定部材１２１を計測用チップ６０上に載置した際、液導入用段付き部１２１ａの下面１２１ｂと計測用チップ６０の上面６０ａとの間に僅かなクリアランスが生じる段高さを有している。このクリアランスによって形成される略扁平状の空間端部の開口が、後述する導入口を構成している。
更に、固定部材１２１は、導入用段付き部１２１ａの下面１２１ｂと計測用チップ６０の上面６０ａとの間に形成され、計測用チップ６０の平面方向に延出して設けられた扁平状の導入口１２１ｃと、該導入口の上方に設けられ、導入口１２１ｃに液体を供給するバッファ１２１ｄと、該バッファに接続され、液送部２０２からバッファ１２１ｄに液体を供給する流路１２１ｅ（第１流路）とを有している。これら導入口１２１ｃ、バッファ１２１ｄおよび流路１２１ｅが、本発明における導入部を構成している。
液送部２０２から供給された液体は、流路１２１ｅを通って、バッファ１２１ｄで一時的に貯留される。また、バッファ１２１ｄで貯留された液体は、僅かなクリアランスによって形成される導入口１２１ｃから、所定圧力で液体保持部１２９に送出される。そして、この導入口１２１ｃにより、液体が計測用チップ６０の直上で、該計測用チップの上面６０ａに沿って供給される（液体流れＦ）。また本実施形態では、平面視において、導入口１２１ｃが液体保持部１２９の幅方向全体に亘って形成される（図９（ｂ））。これにより、導入口１２１ｃから送出される液体が、液体保持部１２９の幅方向全体に亘ってほぼ同じタイミングで供給される。したがって、計測用チップ６０上で、該計測用チップの幅方向に関してほぼ同じ速度の液体流れＦを生じさせることが可能となっている。
また、バッファ１２１ｄは、計測用チップ６０の平面方向に延出し、かつ導入口１２１ｃと略平行な方向に延出して設けられている（図９（ｂ））。したがって、バッファ１２１ｄに貯留された液体が、導入口１２１ｃの横方向全体に亘って確実に供給され、これにより導入口１２１ｃから液体保持部１２９の幅方向全体に亘って確実に液体を供給することが可能となっている。尚、固定部材１２１にバッファ１２１ｄを設けず、流路１２１ｅから直接導入口１２１に液体を供給する構成であってもよい。
また、固定部材１２１は、その下面内側に液排出用段付き部１２１ｆを有している。液導入用段付き部１２１ｆは、ケース１２１を計測用チップ６０上に載置した際、液排出用段付き部１２１ｆの下面１２１ｇと計測用チップ６０の上面６０ａとの間に所定のクリアランスが生じる段高さを有しており、通常、液導入用段付き部１２１ａの段高さより大きい。
更に、固定部材１２１は、液排出用段付き部１２１ｆの下面１２１ｇと計測用チップ６０の上面６０ａとの間に形成された排出口１２１ｈ（第１排出口）と、該排出口から液体を液送部２０１に送出する複数の流路１２１ｉ（第２流路）とを有している。
液体保持部１２９の液体は、排出口１２１ｈから所定圧力で送出される。このとき、排出口１２１ｈにより、液体が計測用チップ６０の直上で、該計測用チップの上面６０ａに沿って排出される。また本実施形態では、平面視において、排出口１２１ｈは液体保持部１２９の幅方向全体に亘って形成されており、液体保持部１２９の幅方向に沿って複数の流路１２１ｉが並設されている。したがって、液体保持部１２９内の液体を、幅方向全体に全体に亘ってほぼ均一な速度で送出することが可能となっている。
また、固定部材１２１は、排出口１２１ｈの上方に形成された排出口１２１ｊ（第２排出口）と、該排出口から液送部２０１に液体を排出する流路１２１ｋ（第３流路）とを有している。これら排出口１２１ｈ、流路１２１ｉ、排出口１２１ｊおよび流路１２１ｋが、本発明における排出部を構成している。なお、排出口１２１ｊおよび流路１２１ｋは必ずしも設ける必要はなく、この場合、排出口１２１および流路１２１ｉが本発明における排出部を構成する。
更に固定部材１２１は、排出口１２１ｊの近傍に設けられた堰部１２１ｍを有している。本実施形態では、平面視において、堰部１２１ｍが液体保持部１２９の幅方向全体に亘って形成されている（図９（ｂ））。したがって、液体保持部１２９の液体がオーバーフローすること無く、最大液面高さを確実に維持することができる。
図１０は、計測用チップ６０上に形成される液体保持部１２９に液体を導入・排出する方法を説明する図であり、（ａ）は液体排出、（ｂ）は液体導入、（ｃ）は検知される微小粒子の光強度の大きさを示す。図１０では、培地などの基準液体と、試薬液などの検索用液体とを入れ替える場合を例に挙げて説明する。
液送部２０２から培地が送出されると、導入口１２１ｃを介して液体保持部１２９に培地が導入され、所定量の培地が液体保持部１２９に保持される。次に、試薬液を導入する前に、排出口１２１ｈを介して液体保持部１２９から排出される。培地排出後には、液体保持部１２９に少量の培地Ｇ’が残され、ウェル６１の直上に液面高さが位置している（図１０（ａ））。少量の培地Ｇ’を残すと、以後に導入される試薬液が計測用チップ６０直上で流れる際、その液体流れＦの速度が、液体保持部１２９に培地が多量に残されている場合と比較して速くなる。よって計測用チップ６０上のほぼ全てのウェル６１に、試薬液をより速く到達させることが可能となる。一方、図１１（ａ）に示すように培地Ｇを排出しながら試薬液Ｈを上方から導入すると、液体保持部１２９に培地が多量に残っているため、計測用チップ６０直上の液体流れの速度が抵抗により遅くなり、目的検体である細胞の反応速度が遅くなる。
次に、導入口１２１ｃを介して液体保持部１２９に試薬液Ｈを導入する（図１０（ｂ））。このとき、液体保持部１２９に残っている培地Ｇ’は必要最低限量であるため、導入された試薬液Ｈがほとんど希釈されない。よって、液体保持部１２９に導入される試薬液Ｈの濃度を、液送部２０２から送出される試薬液Ｈの濃度とほぼ同一に維持することができ、所望濃度での反応を実現することが可能となる。これにより、目的検体である細胞の発光強度を強くすることができ（図１０（ｃ））、分取精度を向上することが可能となる。一方、図１１（ｂ）に示すように、培地Ｇを排出しながら試薬液Ｈを上方から導入すると、多量の培地によって試薬液Ｈが希釈され、目的検体である細胞の発光強度が弱くなる（図１１（ｃ））。
このように本発明では、試薬液導入前に培地を排出し、上記目的を達成できる範囲で必要最低限量の培地が残される。そして、液体保持部１２９に少量の培地Ｇが残されている状態で、試薬液Ｈが計測用チップ６０の直上に供給される。
図１２は、図８の液面制御部２００で液面制御を実行した場合における、液体保持部１２９の液面高さの時間変化を示す図である。以下、本発明のスクリーニング方法で実行される液面制御工程を説明する。
液面制御部２００では、先ず、計測用チップ６０上に培地（基準液体）を導入し、該計測チップ上のウェル６１の位置座標情報やウェル６１内の細胞（微細粒子）が発する光情報を計測して、その後培地を排出する（第１計測工程）。ウェル６１の位置座標情報を計測する際、液体保持部１２９の液面高さを所定の液面高さＬ１（第１の液面高さ）に維持し、計測終了後、培地を排出して、液面高さＬ２（Ｌ１＞Ｌ２）とする。
次に、計測用チップ６０上に試薬液（検索用液体）を導入し、ウェル６１内の細胞（微細粒子）が発する光情報を計測する（第２計測工程）。細胞が発する光情報を計測する際には、液面高さをほぼ上記液面高さＬ２（第２の液面高さ）に維持する。なお、本計測工程において、液体保持部１２９に導入される試薬液が少量であると、表面張力の影響により細胞の反応にばらつきが生じる場合があるため、これを防止するべく、液面高さを徐々に或いは段階的に液面高さＬ３（Ｌ２＜Ｌ３）（第３の液面高さ）まで増大させてもよい。
次いで、計測用チップ６０上の試薬液を排出し、培地を導入及び排出して、計測用チップ６０を洗浄する（洗浄工程）。計測用チップ６０上の試薬液を排出する際、液面高さを液面高さＬ４（Ｌ３＞Ｌ４）（第４の液面高さ）とし、その後培地を導入して液面高さＬ５（Ｌ４＜Ｌ５）とする。本洗浄工程において、液面高さＬ４とすることで、計測用チップ６０上から試薬液を可能な限り除去し、その後培地を多量に導入して液面高さＬ５とすることで、培地による洗浄作用を効果的に得ることができる。なお、培地の導入及び排出による洗浄工程は、図１２に示すように、２回行ってもよいし、１回又は３回以上行ってもよい。この洗浄工程により試薬液（検索用液体）で反応した細胞（微細粒子）が十分に培地に置換されることで反応を落ち着かせることができ、次に別の試薬液での測定を行う際に正確に光情報を取得することが可能となる。また、上記第１計測工程、第２計測工程および洗浄工程を１クールとして複数回繰り返した後、以下の識別工程、回収工程を行ってもよい。
その後、計測された上記位置座標情報および上記光情報に基づいて、所定の回収条件を満たした微細粒子を目的検体として識別し（識別工程）、その目的検体を回収する（回収工程）。このとき、液面保持部１２９の液面高さは、例えば液面高さＬ５に維持される。
上述したように、本実施形態によれば、液面制御部２００が、計測用チップ６０上に形成された液体保持部１２９の液面高さを制御するので、分取作業の各工程中に、細胞を収容するウェル６１および液体保持部１２９内の液体を正確且つ効率的に置換することができる。したがって、ウェル６１内の細胞の光情報を正確に取得することができ、分取精度を向上することが可能となる。
また、液体保持部１２９から排出される液体量及び排出タイミングと、該液体保持部に導入される液体量及び導入タイミングとを、個別に制御することができるので、液体保持部１２９の液面高さを所望の高さに変更することができ、ウェル６１内の細胞の光情報をより正確に取得することができる。
特に、計測用チップ６０上の培地の液面を安定した位置に保つことで、細胞の非反応時の状態を正確に計測することができる。また、培地を試薬液に置換する際に、当該培地の液面高さを所定の液面高さまで低くすることで、その後に導入される試薬液が希釈されるのを抑制することができ、目的検体となる細胞の本来の反応を正確に把握することができる。また、少量の試薬液で細胞の発光強度を高めることも可能となる。さらに、試薬液の液面が低いと、表面張力などの影響により、液体保持部１２９の固定部材１２１近傍での液面高さにばらつきが生じるが、細胞反応時に試薬液の液面高さを所定高さに保つことで、計測用チップ６０上の全ての位置で、細胞反応時の状態を正確に計測することができる。更には、計測用チップ６０上の試薬液をほぼ全て排出した後、試薬液を導入及び排出することで、計測用チップ６０の洗浄の精度・効率を向上することができる。
以上、本実施形態に係る装置及びスクリーニング方法について述べたが、本発明は記述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、第１計測工程、第２計測工程および洗浄工程のいずれの工程でも液面制御を行っているが、これに限らず、第１計測工程、第２計測工程および洗浄工程のうち少なくとも第２計測工程で、計測用チップ６０上の液面高さを制御してもよい。本制御によっても上記同様の効果を奏することができる。
また、上記実施形態では、基準液体として培地を、検索用液体として試薬液を例に挙げて説明したが、基準液体と検索用液体とが同一種であってもよいし、他の異なる組み合わせからなる２種類の液体が使用されてもよい。特に、試薬液によって蛍光を発するのではなく、試薬液無しで既に発光している微細粒子を分取する場合、基準液体と検索用液体として、同一種の液体が使用されてもよい。
また、上記実施形態では、固定部材１２０にバッファ１２１ｄが設けられているが（図９）、これに限らず、図１３（ａ）に示すように、固定部材にバッファが設けられなくてもよい。具体的には、固定部材１２１’が、導入口１２１ｃと、略鉛直方向に沿って形成され、該導入口にその上方から液体を供給する流路１２１ｅ’とを有している。このとき、導入口１２１ｃと流路１２１ｅ’の寸法は、図１３（ｂ）に示すような関係で規定される。すなわち、導入口１２１ｃの縦方向断面の面積をＳ１、導入口１２１ｃの断面の幅をａ１、流路１２１ｅ’の断面の面積をＳ２、流路１２１ｅ’の断面の幅をａ２としたとき、Ｓ１＜Ｓ２且つａ１＞ａ２を満たす。このように、略鉛直方向に形成された流路１２１ｅ’を介して上方から導入口１２１ｃに液体を供給し、特に上記不等式を満たすように導入口および流路の寸法を規定することで、本発明の効果を奏することができる。
また、上記実施形態では、リボルバ式の液体切替部２０４が設けられるが、これに限らず、図１４に示すように、三方弁などの電磁弁を用いて所望の液体を液送部２０２に送出してもよい。具体的には、液体切替部２０４’は、各種液体が入った複数の試験管２０４ａ’を固定する固定台２０４ｅ’と、複数の試験管にそれぞれ接続されたチューブ２０４ｄ’と、複数のチューブ２０４ｄ’の下流に取り付けられた電磁三方弁２２０ａ〜２２０ｄとを有していてもよい。本変形例では、４つの電磁三方弁２２０ａ〜２２０ｄが一列に並べて配設されており、その一方端に位置する電磁三方弁２２０ａには、基準液体となる培地が入った試験管２０４ａ”がチューブ２０４ｄ”を介して取り付けられ、他方端に位置する電磁三方弁２２０ｄが液送部２０２に接続されている。これら電磁三方弁２２０ａ〜２２０ｄは、それぞれ制御部２０３又は不図示の他の制御部に電気的に接続されており、制御部２０３からの信号に応じて個別に弁を切り替えることが可能となっている。例えば、最初に電磁三方弁２２０ａ〜２２０ｄの全てをオープン状態にして、試験管２０４ａ”の培地（液体１）のみを液送部２０２に供給する（図１４（ａ））。その後、電磁三方弁２２０ｃのみをクローズ状態にして、培地の流路を遮断すると共に、試薬液（液体４）を液送部２０２に供給する（図１４（ｂ））。このように電磁三方弁２２０ａ〜２２０ｄのオープン／クローズを個別に制御することで、所望の液体を所定タイミングで液送部２０２に送出することができる。
また、目的検体が細胞である場合、細胞は一般的に３７度付近で活性化され、４度付近で休眠状態となる。したがって検体となる細胞を目的に応じて最適に保つためには、培地あるいは試薬を適切に温度管理することが求められる。そこで、計測用チップ６０及び収容プレート５０が搭載される搭載用テーブルに、図１５に示すような温調機構を設けるのが好ましい。
具体的には、搭載用テーブル２３０は、計測用チップ６０を加熱或いは冷却するペルチェ素子などの冷熱源２３１と、固定部材を収容する開口を有し、且つ冷熱源２３１と固定部材１２１との間で伝熱を行う伝熱部２３２と、該伝熱部に取り付けられた温度センサ２３３と、冷熱源２３１及び伝熱部２３２の双方を覆って配置された断熱部２３４とを有している。また、搭載用テーブル２３０は、収容プレート５０を加熱或いは冷却するための冷熱源２３５と、収容プレート５０を収容する開口を有し、且つ冷熱源２３５と収容プレート５０との間で伝熱を行う伝熱部２３６と、該伝熱部に取り付けられた温度センサ２３７と、冷熱源２３５及び伝熱部２３６の双方を覆って配置された断熱部２３８とを有している。上記冷熱源２３１および温度センサ２３３は、それぞれ制御部２０３或いは不図示の他の制御部に接続されており、この制御部２０３が、温度センサ２３３で測定された温度に基づいて、冷熱源２３１を加熱或いは冷却する。冷熱源２３５は、例えばペルチェ素子で構成され、伝熱部２３２，２３６は、例えば鉄、アルミ、或いは銅、又はこれらの合金で形成される。
このような温調機構により、分取工程の全体の期間に亘って、計測用チップ６０上の液体保持部１２９或いはウェル６１内の液体を所望の温度に保つことができ、計測用チップ６０上の細胞を常に最適に保つことができる。また、冷熱源２３５及び温度センサ２３７も同様に制御部２０３或いは不図示の他の制御部に接続されており、温度センサ２３７で測定された温度に基づいて、冷熱源２３５を加熱或いは冷却する。これにより、分取工程の全体の期間に亘って、収容プレート５０のウェル５１内に収容された液体を所望の温度に保つことができ、これによりウェル５１内の細胞を活性化あるいは休眠させることができ、細胞を目的に応じて最適に保つことが可能となる。
なお、上記変形例では、計測用チップ６０用の温調機構と、収容プレート５０用の温調機構の双方が設けられているが、いずれかの温調機構が設けられてもよい。
また、計測用チップ６０用の温調機構が搭載用テーブル２３０に設けられた場合において、細胞を休眠状態にするべく、計測用チップ６０の温度を４℃付近で制御すると、計測用チップ６０の下面に結露が生じる場合がある。そこで、図１６に示すように、搭載用テーブルの下方に送風装置２４０を設け、計測用チップ６０のウェル６１が形成された面６０ａとは反対側の下面６０ｂに気体を吹き付けてもよい。これにより、計測用チップ６０の下面６０ｂに結露による水滴Ｗが生じることがなく、また、下面６０ｂに付着した水滴Ｗを除去することができる。したがって、対物レンズ１１０側からの光Ｌが計測用チップ６０の微細粒子に照射される際、結露による光の屈折・散乱を防止することができ、細胞の光情報を正確に取得することが可能となる。
また、送風装置２４０から吐出される気体の温度を測定する温度センサ２４１が設けられてもよい。この場合、温度センサ２４１からの信号を制御部２０３或いは他の制御部にて受信し、温度センサ２４１で測定された気体の温度に基づいて、冷熱源２３１を加熱或いは冷却することが可能となる。これにより計測用チップ６０の下面６０ｂでの結露の発生を確実に防止することができ、また結露による水滴Ｗを可及的速やかに除去することができる。より具体的には、例えば、温度センサ２４１で測定された気体の温度と温度センサ２３３の温度差が大きくなる場合には、計測用チップ６０上の温度と温度センサ２３３との温度差も大きくなるため、温度センサ２４１で測定された気体の温度に基づいて温度センサ２３３の設定温度をオフセットさせて、計測用チップ６０上の温度（ウエル６１内の細胞の温度）を所望の値にすることができる。
さらに、送風装置２４０から温風又は冷風を選択的に吐出できるように構成することで、環境温度変化による制御のばらつきを抑制し、計測用チップ６０および収容プレート５０の温度を精度良く制御することができる。また、冷熱源と送風装置とを併用することで、計測用チップ６０や回収プレート５０に対して、伝導および対流の双方で伝熱することができ、安定した温度制御を実現することができる。特に、計測用チップ６０の温度を精度良く制御することにより、細胞の活性の違いによるばらつきを抑制し、異なるサンプルであっても優れた分取精度を維持することが可能となる。
なお上記変形例では、温度センサ２４１で測定された温度に基づいて冷熱源２３１を加熱或いは冷却するが、これに限らず、冷熱源２３１，２３５の双方又は一方を、加熱或いは冷却してもよい。また、上記変形例では冷熱源２３１と送風装置２４０の双方を設けているが、これに限らず、送風装置２４０のみを設置してもよい。送風装置２４０から温風及び冷風のいずれかを選択的に吐出できるように構成することにより、送風装置２４０が温調機構の役割を果たして計測用チップ６０や液体保持部１２９の温度を制御することができ、加えて冷却時には計測用チップ６０の下面６０ｂでの結露の発生を防止することができる。
また、冷却時に計測用チップ６０の下面６０ｂに結露して水滴Ｗを付着させないために、図１６に示す構成のほか、図１７に示すような構成を設けることができる。なお、図１７に示す構成は、図１６に示す構成と基本的に同じであり、同一の構成については同一の符号を付して、以下に異なる部分を説明する。
具体的には、スクリーニング装置は、計測用チップ６０の上面６０ａ側に配置された枠体構造からなる固定部材１２１”と、計測用チップ６０の下面６０ｂ側に配置された枠体構造からなる固定部材１２２”と、計測用チップ６０の下面６０ｂと固定部材１２２”の内側端面３０１によって形成される内部空間３０２を封止するように固定部材１２２”の下面側に配置され、光透過性材料で形成された板状部材３０３と、該板状部材の下面に配置された枠体構造からなり、板状部材３０３を固定部材１２２”に固定すると共に、計測用チップ６０を装置本体に固定する断面略Ｌ字型の押さえ部材３０４とを備えている。
固定部材１２１”は、断面略逆Ｌ字型の部材であり、その下面１２１ａ”は固定部材１２２”の上面１２２ａ”と当接して、固定部材１２１”と固定部材１２２”との間で熱移動可能な当接面を形成している。固定部材１２２”は、計測用チップ６０よりも高い熱伝導性を有する材料で構成され、例えば固定部材１２１”と同じ金属で形成される。固定部材１２１”，１２２”は、例えば鉄、アルミ、或いは銅、又はこれらの合金で形成される。よって固定部材１２１”，１２２”の双方が、不図示の冷熱源及び伝熱部を介して制御部２０３によって温度制御可能となっている。
固定部材１２２”と計測用チップ６０との間には、固定部材１２２”の上面１２２ａ”と計測用チップ６０の下面６０ｂとの間を封止する断面略矩形の封止部材３０５が設けられている。固定部材１２２”と板状部材３０３との間には、固定部材１２２”の下面１２２ｂ”と板状部材３０２の上面３０４ａとの間を封止する断面略円形の封止部材３０６が設けられている。これら封止部材３０５，３０６により内部空間３０２が密封され、外気と遮断される。
板状部材３０３は、例えば石英ガラスや、ホウケイ酸ガラスなどのガラス材料や、アクリル、ポリスチレン等の光透過性の高い樹脂で形成されている。スクリーニング実行時には、下方から照射された光が、板状部材３０３を透過して計測用チップ６０のウェルに収容された微細粒子Ｍに到達し、また、その反射光あるいは蛍光が板状部材３０３を透過して対物レンズ１１０に集光されるが、板状部材３０３はスクリーニング精度に影響を与えない程度の高い光透過性を有しているため、板状部材３０３を光路に配置する本構成においても、良好な計測・回収を実現することが可能となっている。
このように、計測用チップ６０の下方に板状部材３０３を配置して、計測用チップ６０と板状部材３０３との間に密封状態の内部空間３０２を設けることにより、計測用チップ６０の下面６０ｂが外気と接触せず、冷却時に下面６０ｂに結露が生じるのを防止することができる。また、内部空間３０２が断熱層となって計測用チップ６０を外気に対して断熱することができ、計測用チップ６０や液体保持部１２９の容易な温度制御を実現することができる。
ここで、スクリーニング実行時には、計測用チップ６０は所定のタイミングで新たな計測用チップと交換されるので、外部空間の湿度等の影響により、内部空間３０２に水分を含んだ空気が不可避的に含まれる。このため、内部空間３０２が密封状態であっても固定部材１２２”の内側端面３０１で僅かに結露が生じる場合があり、計測用チップ６０上の観察領域において対物レンズ１１０とウェル内の微細粒子との間の光路に水滴が介在すると、測定精度の低下を招く原因となる。
そこで図１８（ａ）に示すように、板状部材３０３の上面３０３ａが内部空間３０２に接する面積Ｓ３が、固定部材３１０の枠体構造における上部開口面積Ｓ４よりも大きくなるように構成することができる（Ｓ３＞Ｓ４）。例えば、固定部材３１０における内側端面３１１の下方端部に面取り部３１２が設けられる。この面取り部３１２を設けることにより、固定部材３１０と板状部材３０３との間に溝部３１３が形成される。固定部材３１０は計測用チップ６０や板状部材３０３と比べて熱伝導率が高い材料で構成されており、冷却時には固定部材３１０が最も温度が下がることから、内部空間３０２内で結露が発生する際には固定部材３１０に生じる。固定部材３１０の内側端面３１１で結露が生じた場合には（図１８（ｂ））、水滴Ｗ’が重力で下方に移動し、溝部３１３に水滴Ｗ’が入り込んで保持される（図１８（ｃ））。面取り部３１２は、図１８に示すようにＣ面取りでもよいし、また、Ｒ面取りであってもよい。また、表面張力によって溝部３１３での水滴の保持あるいは回収を促進できるように、溝部３１３は、鉛直方向断面において外側に向かって先細形状であるのが好ましい。
このように、固定部材３１０の平面矢視において、内側端面３１１の外側に水滴溜まりとなる溝部３１３を設けることにより、計測用チップ６０上の観察領域（開口面積Ｓ４）から水滴Ｗ’を排除することができ、良好な計測精度を維持することが可能となる。
また上述したように、本スクリーニング装置では板状部材３０３を透過する光に基づいて輝度解析等を行うことから、板状部材３０３の板厚によっては、対物レンズ１１０と微細粒子との間で鉛直方向に焦点ずれを生じる。そこで図１９に示すように、板状部材３０３の厚みｄは、少なくとも上記観察領域内で一定であることが好ましく、具体的には、板状部材３０３の厚みｄのばらつきが０．０１ｍｍ以下であるのが好ましい。上記厚みｄのばらつきを０．０１ｍｍ以下とすることにより、鉛直方向における焦点ずれ量を抑制することができ、計測・回収精度を向上することが可能となる。
更に、固定部材３１０の内側端面３１１に吸湿部材３２０を配置することができる。この吸湿部材３２０は、水分を吸収できる材質からなり、例えば多孔質あるいは繊維質からなるものや、シリカゲル、塩化カルシウムなどの乾燥剤を用いることができる。吸湿部材３２０は、計測用チップ６０上の観察領域に影響を及ぼさないように、内側端面３１１から内方へ向かう幅寸法を小さくして設けられる。また、吸湿部材３２０は、固定部材３１０の平面矢視において、内側端面３１１の全体、すなわち環状に配置されてもよいし、一部に配置されてもよい。このように、内部空間３０２に吸湿部材３２０を配置することで当該内部空間内の水分が吸湿され、下面６０ｂや内側端面３１１での結露の発生を確実に防止することが可能となる。
１ スクリーニング装置
１１ ベース
１２ 支持部
１３ 回収部
１４ 計測部
１５ 画像解析部
１６ 移動部
１９ カバー
３０ 支持台
３０ａ 脚部
３０ｂ 支持板
４０ 搭載用テーブル
４０ａ 搭載面
５０ 収容プレート
５１ ウェル
６０ 計測用チップ
６１ ウェル
６０ａ 上面
６０ｂ 下面
１００ 制御部
１１０ 対物レンズ
１１１，１１２，１１３ プレート部材
１１４ 垂直部材
１１５ 部材
１２０ 固定部材
１２１ 固定部材
１２１ａ 液導入用段付き部
１２１ｂ 下面
１２１ｃ 導入口
１２１ｄ バッファ
１２１ｅ 流路
１２１ｆ 液排出用段付き部
１２１ｇ 下面
１２１ｈ 排出口
１２１ｉ 流路
１２１ｊ 排出口
１２１ｋ 流路
１２１ｍ 堰部
１２１’ 固定部材
１２１” 固定部材
１２１ｅ’ 流路
１２２ 固定部材
１２２” 固定部材
１２２ａ” 上面
１２２ｂ” 下面
１２２ａ 段付き部
１２９ 液体保持部
１４０ 吸引・吐出キャピラリ
１６１ テーブル
１６２ テーブル
１６３ ガイドレール
１６４ モータ
１６５ 係合部材
１６６ ナット
１６７ 送りねじ
１６８ ガイドレール
１６９ モータ
１７０係合部材
１７１ ナット
１７２ 送りねじ
１７３，１７４，１７５ 開口部
１８１ 励起光源
１８４ 光学フィルタ
１８５ 光学フィルタ
１８６ ダイクロイックミラー
１８３ 蛍光フィルタユニット
１８７ フォーカスユニット
１８８ 受光部
１９０ 蛍光落射ユニット
２００ 液面制御部
２０１ 液送部
２０１ａ，２０１ｂ ポンプ
２０２ 液送部
２０２ａ ポンプ
２０２ｂ ステッピングモータ
２０３ 制御部
２０４ 液体切替部
２０４ａ 試験管
２０４ｂ 回転台
２０４ｃ ステッピングモータ
２０４ｄ チューブ
２０４ｅ 固定台
２０４ｆ 交流モータ
２０４’ 液体切替部
２０４ａ’ 試験管
２０４ｄ’ チューブ
２０４ｅ’ 固定台
２０５ 排液タンク
２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃ，２２０ｄ 電磁三方弁
２０４ａ” 試験管
２０４ｄ” チューブ
２３０ 搭載用テーブル
２３１ 冷熱源
２３２ 伝熱部
２３３ 温度センサ
２３４ 断熱部
２３５ 冷熱源
２３６ 伝熱部
２３７ 温度センサ
２３８ 断熱部
２４０ 送風装置
２４１ 温度センサ
３０１ 内側端面
３０２ 内部空間
３０３ 板状部材
３０３ａ 上面
３０４ 押さえ部材
３０５ 封止部材
３０６ 封止部材
３１０ 固定部材
３１１ 内側端面
３１２ 面取り部
３１３ 溝部
３２０ 吸湿部材

Claims (16)

  1. 微細粒子から発する光情報に基づいて所定の微細粒子を探索し、探索された微細粒子を選択的に取得するためのスクリーニング装置であって、
    光透過性材料で形成され、かつ少なくとも１つの微細粒子を含む液体が収容されるウェルが形成された計測用チップと、
    前記計測用チップに収容された前記微細粒子が発する光情報を計測する計測部と、
    前記光情報を解析して、前記ウェル内に収容されている微細粒子の光情報を抽出する解析部と、
    前記計測用チップ上に形成された液体保持部と、
    前記液体保持部に保持された液体を排出する排出部と、
    前記液体保持部に液体を導入する導入部と、
    前記液体保持部の液面高さを制御する液面制御部とを備えることを特徴とする、スクリーニング装置。
  2. 前記液面制御部は、前記液体保持部から排出される液体量及び排出タイミングと、前記液体保持部に導入される液体量及び導入タイミングとを、個別に制御することを特徴とする、請求項１記載のスクリーニング装置。
  3. 前記液面制御部は、前記排出部の下流に配置された第１液送部と、前記導入部の上流に配置された第２液送部と、前記第１液送部及び前記第２液送部の動作を制御する制御部とを有することを特徴とする、請求項２記載のスクリーニング装置。
  4. 前記計測用チップの端部上面に配置された枠体構造からなり、前記計測用チップを装置本体に固定する固定部材を更に備え、
    前記液体保持部が、前記固定部材の内部空間に形成されることを特徴とする、請求項１記載のスクリーニング装置。
  5. 前記固定部材は、該固定部材の下面と前記計測用チップの上面との間に形成され、前記計測用チップの平面方向に延出して設けられた扁平状の導入口と、前記導入口の上方から該導入口に液体を供給する第１流路とを有し、
    前記導入部が、前記第１流路および前記導入口で構成されることを特徴とする、請求項４記載のスクリーニング装置。
  6. 前記導入口の縦方向断面の面積をＳ１、該導入口の断面の幅をａ１、前記第１流路の断面の面積をＳ２、該第１流路の断面の幅をａ２としたとき、Ｓ１＜Ｓ２であり且つａ１＞ａ２を満たすことを特徴とする、請求項５記載のスクリーニング装置。
  7. 前記固定部材は、該固定部材の下面と前記計測用チップの上面との間に形成された第１排出口と、前記第１排出口から外部に液体を排出する第２流路とを有し、
    前記排出部が、前記第１排出口および前記第２流路で構成されることを特徴とする、請求項４記載のスクリーニング装置。
  8. 前記固定部材は、該固定部材の下面と前記計測用チップの上面との間に形成された第１排出口と、前記第１排出口から外部に液体を排出する第２流路と、前記第１排出口の上方に形成された第２排出口と、該第２排出口から外部に液体を排出する第３流路とを有し、
    前記排出部が、前記第１排出口、前記第２流路、前記第２排出口および前記第３流路で構成されることを特徴とする、請求項４記載のスクリーニング装置。
  9. 前記固定部材は、前記第２排出口の近傍に設けられた堰部を更に有することを特徴とする、請求項８記載のスクリーニング装置。
  10. 微細粒子から発する光情報に基づいて所定の微細粒子を探索し、探索された微細粒子を選択的に取得するためのスクリーニング装置であって、
    光透過性材料で形成され、かつ少なくとも１つの微細粒子を含む液体が収容されるウェルが形成された計測用チップと、
    前記計測用チップに収容された前記微細粒子が発する光情報を計測する計測部と、
    前記光情報を解析して、前記ウェル内に収容されている微細粒子の光情報を抽出する解析部と、
    前記計測用チップ及び／又は前記収容プレートの温度を制御する温度制御部と、
    前記計測用チップの下面に配置された枠体構造からなり、前記計測用チップを装置本体に固定する固定部材と、
    前記計測用チップの下面と前記固定部材の内側端面で形成される内部空間を密封するように前記固定部材の下面側に配置され、光透過性材料で形成された板状部材と、を備えることを特徴とするスクリーニング装置。
  11. 微細粒子から発する光情報に基づいて所定の微細粒子を探索し、探索された微細粒子を選択的に取得するスクリーニング方法であって、
    計測用チップ上に基準液体を導入し、該計測用チップ上のウェルの位置座標情報を計測し、その後前記基準液体を排出する第１計測工程と、
    前記計測用チップ上に検索用液体を導入し、前記ウェル内の微細粒子が発する光情報を計測する第２計測工程と、
    前記計測用チップ上の検索用液体を排出し、基準液体を少なくとも１回導入及び排出して、前記計測用チップを洗浄する洗浄工程と、
    計測された前記位置座標情報および前記光情報に基づいて、所定の回収条件を満たした微細粒子を目的検体として識別する識別工程と、
    前記目的検体を回収する回収工程とを有し、
    前記第１計測工程、前記第２計測工程および前記洗浄工程のうち少なくとも前記第２計測工程で、前記計測用チップ上の液面高さを制御する液面制御工程を有することを特徴とするスクリーニング方法。
  12. 前記液面制御工程は、液体を入れ替える前に、前記基準液体の液面を下げてから前記検索用液体を導入することを特徴とする請求項１１記載のスクリーニング方法。
  13. 前記第１計測工程は、基準液体を前記計測用チップ上に導入してその液面高さを第１の液面高さとなるように制御し、その後、前記基準液体を排出して、その液面が前記ウェルの直上に位置する第２の液面高さとなるように制御することを特徴とする、請求項１１記載のスクリーニング方法。
  14. 前記第２計測工程は、前記検索用液体を前記計測用チップ上に導入してその液面を第３の液面高さとなるように制御することを特徴とする、請求項１１記載のスクリーニング方法。
  15. 前記洗浄工程は、前記検索用液体を排出してその液面が第４の液面高さとなるように制御することを特徴とする、請求項１１記載のスクリーニング方法。
  16. 前記洗浄工程における前記第４の液面高さが、前記第２計測工程における前記第２の液面高さより低く設定されることを特徴とする、請求項１５記載のスクリーニング方法。
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