JPH06109979A - マイクロマニピュレータシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイクロマニピュレータの操作性の向上を図
る。 【構成】 マイクロマニピュレータシステムは、顕微鏡
とマイクロマニピュレータとＴＶカメラとを備えてい
る。ここでは、ＴＶカメラで得られた撮影画像と、細胞
及びマイクロマニピュレータの先端の高さ位置とがモニ
タに表示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロマニピュレー
タシステム、特に、顕微鏡と顕微鏡の視野内で微小試料
を３次元操作するマイクロマニピュレータとを備えたマ
イクロマニピュレータシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば細胞にＤＮＡ溶液の注入処理を
施す場合、一方に微小針をまた他方に捕捉針を配置した
マイクロマニピュレータと、その操作内容を観察するた
めの顕微鏡とを備えたマイクロマニピュレータシステム
が用いられる。一般的なマイクロマニピュレータシステ
ムでは、顕微鏡視野内で微小針や捕捉針等の微小器具を
操作してその映像をＣＲＴディスプレイ等に表示し、表
示内容を観察しながらシャーレ等の容器内に入れられた
細胞等の微小試料に所定の処理を施すようになってい
る。

【０００３】この種のマイクロマニピュレータシステム
では、たとえば前後左右に傾動可能なＸ，Ｙ軸用のジョ
イスティックと、Ｚ軸用の回転ダイヤルとを用い、それ
らを両手で操作して空間内の３軸方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方
向）にマイクロマニピュレータを微小動作させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の構成では、
微小試料と微小器具との位置関係において、水平軸内の
位置関係は表示画面を見ながら判断できる。しかしＺ軸
方向（高さ方向）の位置関係を知るには、焦点ぼけの具
合から判断するしかない。たとえば微小試料に焦点を合
わせ、続いて微小器具に焦点を合わせることにより、高
さ方向の位置関係を判断する。このため、高さ方向の位
置関係を判断するのに熟練を要し、多くのオペレータに
とって、この高さ方向の位置関係が分からないことが、
操作上の障害となっており、マイクロマニピュレータの
操作性の向上を阻む要因となっている。

【０００５】本発明の目的は、マイクロマニピュレータ
の操作性の向上を図ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るマイクロマ
ニピュレータシステムは、顕微鏡とマイクロマニピュレ
ータと撮像手段と表示手段とを備えている。マイクロマ
ニピュレータは、顕微鏡の視野内で微小試料を３次元操
作するものである。撮像手段は、視野内の画像を撮影す
るものである。表示手段は、撮像手段で得られた撮像画
像と、微小試料及びマイクロマニピュレータの先端の高
さ位置とを表示するものである。

【０００７】

【作用】本発明に係るマイクロマニピュレータシステム
では、撮像手段で撮像された画像と、微小試料及びマイ
クロマニピュレータの先端の高さ位置とが表示手段によ
り表示される。これにより、マイクロマニピュレータと
微小試料との水平軸内の位置関係及び高さ方向の位置関
係が表示される。このため、容易に微小試料とマイクロ
マニピュレータの先端との高さ方向の位置関係を判断で
き、マイクロマニピュレータの操作性が向上する。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明の一実施例によるマイクロマ
ニピュレータシステムを示している。図において、マイ
クロマニピュレータシステムは、ベース１に載置された
顕微鏡２と、顕微鏡２の両側方に配置された１対のマイ
クロマニピュレータ３，４と、顕微鏡２及びマイクロマ
ニピュレータ３，４を制御するための制御装置５とを有
している。

【０００９】顕微鏡２は、その中央部に操作台６を有し
ており、操作台６には細胞等の微小試料が収容されるシ
ャーレ７が配置されている。操作台６の下方には対物レ
ンズ（図示せず）が配置されており、対物レンズの下端
部にはＴＶカメラ９が接続されている。操作台６は、図
示しない駆動機構によって水平方向（Ｘ，Ｙ軸方向）及
び上下方向（Ｚ軸方向）に駆動され得る。

【００１０】マイクロマニピュレータ３，４は、ベース
１上に載置されており、台１０，１１と、台１０，１１
上に別々に取り付けられた粗動部１２，１３と、粗動部
１２，１３上に別々に取り付けられた微動部１４，１５
とを主に有している。粗動部１２，１３は、それぞれパ
ルスモータ（図示せず）により、台１０，１１に対して
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向に数十μｍ単位の動きを行い得る。微
動部１４，１５は、電磁力方式により、粗動部１２，１
３に対してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に１μｍ単位の動きを行い
得る。微動部１４，１５の顕微鏡２側端部には、微動部
１４，１５により駆動されるアーム１６，１７が別々に
設けられている。一方のアーム１６の先端には、インジ
ェクションピペット１８が取り付けられている。また他
方のアーム１７には、吸着用ピペット１９が取り付けら
れている。両ピペット１８，１９には、シリンダ２０，
２１がチューブ２２，２３を介して別々に連結されてい
る。

【００１１】制御装置５は、モニタ２４と、操作パネル
２５と、制御ユニット２６とを主に有している。操作パ
ネル２５には、２つのマイクロマニピュレータ３，４を
Ｘ，Ｙ軸方向に別々に微動させるジョイスティック２
７，２８、Ｚ軸方向に微動させる微動ダイヤル２９，３
０、及びＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に粗動させるアップダウンキ
ー及びカーソルキーを含む粗動キー３１，３２と、後述
する細胞サイズの入力のため等に用いられるテンキー３
３と、細胞吸着時に操作される吸着キー３４と、他のキ
ーとが設けられている。

【００１２】図２に示すように、制御ユニット２６を構
成する制御部４０は、ＲＡＭ，ＲＯＭ等を含むマイクロ
コンピュータからなっている。制御部４０には、ＴＶカ
メラ９、操作パネル２５、マイクロマニピュレータ３，
４のそれぞれのモータ及び電磁力部を３軸方向で駆動す
るための駆動部４１，４２、各種の設定値等を記憶する
ためのメモリ４３、ビデオＲＡＭ４４、及びビデオＲＡ
Ｍ４４の出力とＴＶカメラ９の撮像画像とをスーパーイ
ンポーズするための加算器４５が接続されている。ビデ
オＲＡＭ４４には、倍率に応じたスケールを表示するた
めの情報や後述するＺ軸方向の位置関係を示すマーク等
が表示位置に対応して格納される。加算器４５にはスー
パーインポーズした画像を表示するモニタ２４が接続さ
れている。

【００１３】次に上述の実施例の動作を、図３〜図５の
制御フローチャートに従って説明する。制御部４０で
は、図３のステップＳ１で初期設定を行う。ここではた
とえば、粗動部１２，１３及び微動部１４，１５を初期
位置にセットする。ステップＳ２では、設定処理を行う
か否かを判断する。ステップＳ３では表示処理を行う。
この詳細については後述する。ステップＳ４ではジョイ
スティック２７，２８のいずれかが操作されたか否かを
判断する。ステップＳ５では、カーソルキーのいずれか
が操作されたか否かを判断する。ステップＳ６では微動
ダイヤル２９，３０のいずれかが操作されたか否かを判
断する。ステップＳ７では、アップダウンキーのいずれ
かが操作されたか否かを判断する。ステップＳ８では他
のキーが操作されたか否かを判断する。ステップＳ８で
の判断がＮＯの場合にはステップＳ９に移行する。ステ
ップＳ９では他の処理を行いステップＳ２に戻る。

【００１４】ここで、ジョイスティック２７，２８が操
作されたとすると、プログラムはステップＳ４からステ
ップＳ３０に移行する。ステップＳ３０では、操作され
たジョイスティックの操作方向に応じて微動部１４，１
５をＸ，Ｙ軸方向に微動させる。また、ステップＳ５で
カーソルキーが操作されたと判断するとステップＳ３１
に移行する。ステップＳ３１では、粗動部１２，１３を
Ｘ，Ｙ軸方向に粗動させる。ステップＳ６で微動ダイヤ
ル２９，３０が操作されたと判断するとステップＳ３２
に移行する。ステップＳ３２では、微動部１４，１５を
Ｚ軸方向に微動させる。ステップＳ７でアップダウンキ
ーが操作されたと判断するとステップＳ３３に移行す
る。ステップＳ３３では粗動部１２，１３をＺ軸方向に
粗動させる。ステップＳ８で他のキーが操作されたと判
断するとステップＳ３４に移行する。ステップＳ３４で
は押されたキーに応じた他のキー処理を行う。

【００１５】一方、設定処理が指示された場合には、プ
ログラムはステップＳ２からステップＳ１０に移行す
る。ステップＳ１０では図４に示す設定処理を行う。こ
こではまずステップＳ１１で、テンキー３３による細胞
サイズの入力を受け付ける。この細胞サイズは、スーパ
ーインポーズ表示されたスケール等を参考にして決定さ
れる細胞の直径である。

【００１６】ステップＳ１２では、基準高さ設定動作を
実行する。ここでは、微動ダイヤル２９，３０及びアッ
プダウンキーの操作により、各ピペット１８，１９をシ
ャーレ７の底部に接触させ、基準高さを設定する処理を
受け付ける。ここでは、ピペット１８，１９がシャーレ
７の底面に接触した位置が、それぞれのマイクロマニピ
ュレータの基準位置として、メモリ４３に格納される。
ステップＳ１３ではその他の設定処理を行い、メインル
ーチンに戻る。

【００１７】図３のステップＳ３の表示処理では、図５
に示すステップＳ２１で、ＴＶカメラ９で撮影された画
像を表示する。ステップＳ２２では、マニピュレータ
３，４のＺ方向の位置を読み込む。ステップＳ２３で
は、読み込んだＺ方向の位置とステップＳ１４で設定し
た基準高さとにより、マイクロマニピュレータ３，４の
マイクロピペット１８，１９の先端位置の高さを演算す
る。また、ステップＳ１１で入力された細胞サイズによ
り、細胞が球状であるという前提のもとに細胞の高さ方
向の中心位置を求める。たとえば図６に示すように、シ
ャーレ７の底にある細胞４５の直径がａであり、基準高
さがｃの場合には、細胞の中心高さｈは（ｃ＋ａ／２）
となる。一方、吸着用ピペット１９でｂだけ上方に移動
させられた細胞４６の中心位置ｈは（ｃ＋ａ／２＋ｂ）
となる。またインジェクションピペット１８を同様にシ
ャーレ７の底から上方へｄ動かしたとすると、その先端
位置は（ｃ＋ｄ）となる。

【００１８】ステップＳ２４では、細胞が吸着用ピペッ
ト１９に吸着されている状態であるか否かを、吸着キー
３４の操作の有無に基づいて判断する。細胞が吸着され
ていると判断すると、ステップＳ２４からステップＳ２
６に移行する。ステップＳ２６では、図７に示すよう
に、丸印で示す細胞マーク５０をモニタ２４の表示画面
の右上隅に表示する。なおこの表示位置は、吸着ピペッ
ト１９の先端位置に対応している。

【００１９】ステップＳ２４で吸着キー３４が吸着され
ていないと判断するとステップＳ２５に移行する。ステ
ップＳ２５では細胞マーク５０を、シャーレ７の底に載
置されている細胞の位置に対応する位置に表示する。ス
テップＳ２５またはステップＳ２６での表示処理が終了
するとステップＳ２７に移行する。ステップＳ２７で
は、インジェクションピペット１８の先端マーク５１を
表示する。ステップＳ２８では、シャーレ７の底の位置
を示す底位置マーク５２を表示する。これらの各マーク
の表示位置は、ステップＳ２３で演算した位置を基準に
して表示される。またこのマークの横にはそれぞれの高
さ位置がミクロンオーダーで表示される。

【００２０】ここでは、細胞とインジェクションピペッ
ト１８との高さ方向の位置関係が模式的に表示されるの
で、たとえばインジェクションピペット１８の細胞内へ
の刺入が容易に行える。なおこのマークの表示は、両ピ
ペット１８，１９を操作する都度、略リアルタイムに切
り替わるので、常に現在の高さ方向の位置関係がモニタ
２４に表示される。

【００２１】〔他の実施例〕 （ａ） 高さ方向において、細胞の中心位置とピペット
の先端の位置とを等しくさせるような自動設定機能をさ
らに設ければ、マニピュレータを操作して細胞処理を行
う際に、水平面内での操作だけを行えば完了できるよう
になり、ピペットの細胞内への刺入作業における熟練が
不要になる。

【００２２】また、高さ方向において、細胞の中心から
偏心した位置とピペットの先端の位置とを等しくさせる
ような自動設定機能をさらに設ければ、細胞の中心では
なく細胞の高さ方向の任意の位置に自動的にピペットを
刺すことができる。 （ｂ） 高さ方向の基準位置を設定するにあたり、顕微
鏡本体側でそれらの高さ方向の位置を把握するような構
成としてもよい。ここでは、例えば、顕微鏡２側に上下
方向の位置検出装置を設け、シャーレの底部位置に焦点
を合わせて、この位置検出装置で読み取り、さらに顕微
鏡の焦点つまみを動かしてピペットの先端及び細胞の位
置に焦点を合わせて、顕微鏡本体側で高さ方向の位置を
把握する。このようにすると、ピペットの先端をシャー
レに接触させる必要がなくなり、ピペット先端の破損を
防止できる。

【００２３】また、ピペットを細胞の上端に接触させる
ことで、細胞とピペット先端との位置関係を検出する構
成としてもよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明に係るマイクロマニピュレータシ
ステムでは、表示手段が、撮像画像と微小試料及びマイ
クロマニピュレータの先端の高さ位置とを表示する。こ
の結果、撮像により得られた平面画像と高さ位置の表示
とにより微小試料とマイクロマニピュレータの先端との
位置関係を立体的に把握でき、マイクロマニピュレータ
の操作性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるマイクロマニピュレー
タシステムの斜視図。

【図２】その制御ユニットのブロック図。

【図３】制御部の制御フローチャート。

【図４】制御部の制御フローチャート。

【図５】制御部の制御フローチャート。

【図６】ピペットと細胞との位置関係を示す断面模式
図。

【図７】表示の一例を示す図。

【符号の説明】

２ 顕微鏡 ３，４ マイクロマニピュレータ ５ 制御装置 ９ ＴＶカメラ ２４ モニタ ２６ 制御ユニット ４０ 制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】顕微鏡と、 前記顕微鏡の視野内で微小試料を３次元操作するマイク
   ロマニピュレータと、 前記視野内の画像を撮影する撮像手段と、 前記撮像手段で得られた撮像画像と、前記微小試料及び
   前記マイクロマニピュレータの先端の高さ位置とを表示
   する表示手段と、を備えたマイクロマニピュレータシス
   テム。