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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022167817
(43)【公開日】2022-11-04
(54)【発明の名称】ウェルアレイ、システム、及び方法
(51)【国際特許分類】
C12M 1/38 20060101AFI20221027BHJP
C12M 1/34 20060101ALI20221027BHJP
C12M 1/18 20060101ALI20221027BHJP
C12M 1/26 20060101ALI20221027BHJP
B81B 3/00 20060101ALI20221027BHJP
B81B 7/02 20060101ALI20221027BHJP
F16K 31/70 20060101ALI20221027BHJP
【ＦＩ】
C12M1/38 Z
C12M1/34 A
C12M1/18
C12M1/26
B81B3/00
B81B7/02
F16K31/70 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022067080
(22)【出願日】2022-04-14
(31)【優先権主張番号】P 2021073263
(32)【優先日】2021-04-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】504137912
【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学
(71)【出願人】
【識別番号】301023238
【氏名又は名称】国立研究開発法人物質・材料研究機構
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100188558
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 雅人
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(74)【代理人】
【識別番号】100175824
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100194250
【弁理士】
【氏名又は名称】福原 直志
(72)【発明者】
【氏名】池内 真志
(72)【発明者】
【氏名】宇都 甲一郎
【テーマコード（参考）】
3C081
3H057
4B029
【Ｆターム（参考）】
3C081AA18
3C081BA03
3C081BA23
3C081BA25
3C081BA27
3C081BA28
3C081BA33
3C081BA45
3C081BA48
3C081BA72
3C081BA80
3C081DA10
3C081DA21
3C081EA01
3C081EA39
3H057AA16
3H057BB49
3H057CC03
3H057DD13
3H057DD14
3H057EE05
3H057FA12
3H057FA17
3H057FA26
3H057FB15
3H057FC02
3H057FD19
3H057HH11
4B029AA27
4B029BB11
4B029CC01
4B029DG10
4B029FA15
4B029GA03
4B029HA02
(57)【要約】
【課題】対象物を効率よく選別できるウェルアレイ、システム、及び方法を提供する。
【解決手段】本開示に係るウェルアレイは、対象物を選別するためのウェルアレイであって、複数のウェルを備え、各ウェルは、少なくとも底部に開口及びバルブを有し、前記バルブは、光照射に応答して前記開口を閉鎖する閉状態と前記開口を開放する開状態との間で変形可能である。
【選択図】図１
【解決手段】本開示に係るウェルアレイは、対象物を選別するためのウェルアレイであって、複数のウェルを備え、各ウェルは、少なくとも底部に開口及びバルブを有し、前記バルブは、光照射に応答して前記開口を閉鎖する閉状態と前記開口を開放する開状態との間で変形可能である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
対象物を選別するためのウェルアレイであって、
複数のウェルを備え、
各ウェルは、少なくとも底部に開口及びバルブを有し、前記バルブは、光照射に応答して前記開口を閉鎖する閉状態と前記開口を開放する開状態との間で変形可能である、
ウェルアレイ。
複数のウェルを備え、
各ウェルは、少なくとも底部に開口及びバルブを有し、前記バルブは、光照射に応答して前記開口を閉鎖する閉状態と前記開口を開放する開状態との間で変形可能である、
ウェルアレイ。
【請求項2】
前記バルブは、光が照射されたことに応答して熱を発生させる光熱変換材料と、所定温度以上の温度で所定形状に変形する熱応答変形材料と、を含む、
請求項１に記載のウェルアレイ。
請求項１に記載のウェルアレイ。
【請求項3】
前記光熱変換材料が光照射ユニットからの光に応答して熱を発生させ、前記熱応答変形材料が前記熱に応答して前記所定形状に変形することにより前記バルブが閉状態から開状態に変形する、
請求項２に記載のウェルアレイ。
請求項２に記載のウェルアレイ。
【請求項4】
前記熱応答変形材料は、状態遷移温度以上の温度で所定形状を回復する形状記憶材料であり、前記形状記憶材料は、状態遷移温度以上の温度に応答して、前記開口を閉鎖する形状から前記開口を開放する前記所定形状に変形する、
請求項２に記載のウェルアレイ。
請求項２に記載のウェルアレイ。
【請求項5】
前記形状記憶材料は、生体適合性を有する形状記憶ポリマーであり、前記形状記憶材料の状態遷移温度が２５℃～３５℃である、
請求項４に記載のウェルアレイ。
請求項４に記載のウェルアレイ。
【請求項6】
前記複数のウェルを形成する複数の孔を有する基部と、
前記複数の孔を覆うように設けられたバルブ膜であって、前記複数の孔の各々に対応する位置に前記バルブが形成されたバルブ膜と、
を備える、
請求項１～５のいずれか一項に記載のウェルアレイ。
前記複数の孔を覆うように設けられたバルブ膜であって、前記複数の孔の各々に対応する位置に前記バルブが形成されたバルブ膜と、
を備える、
請求項１～５のいずれか一項に記載のウェルアレイ。
【請求項7】
各ウェルは、生体分子である前記対象物を１分子だけ収容できる大きさである、
請求項１～５のいずれか一項に記載のウェルアレイ。
請求項１～５のいずれか一項に記載のウェルアレイ。
【請求項8】
前記対象物が精子である、
請求項１～５のいずれか一項に記載のウェルアレイ。
請求項１～５のいずれか一項に記載のウェルアレイ。
【請求項9】
対象物を選別するためのシステムであって、
請求項１～５のいずれか一項に記載のウェルアレイと、
ウェルが前記対象物を含むか否かを判定する判定部と、判定結果に基づき複数のウェルの一部又は全部を選択する選択部と、を含む制御ユニットであって、前記選択されたウェルに光を照射するように光照射ユニットを制御する制御ユニットと、
を備える、システム。
請求項１～５のいずれか一項に記載のウェルアレイと、
ウェルが前記対象物を含むか否かを判定する判定部と、判定結果に基づき複数のウェルの一部又は全部を選択する選択部と、を含む制御ユニットであって、前記選択されたウェルに光を照射するように光照射ユニットを制御する制御ユニットと、
を備える、システム。
【請求項10】
前記制御ユニットは、前記複数のウェルのうち前記対象物を含むと判定されたウェル及び前記対象物を含まないと判定されたウェルの一方に対応する位置に光が照射され、他方に対応する位置に光が照射されない光パターン情報を生成するパターン生成部と、前記光パターン情報に基づき前記光照射ユニットを制御する光照射制御部と、を含む、
請求項９に記載のシステム。
請求項９に記載のシステム。
【請求項11】
前記制御ユニットは、画像センサから前記複数のウェルの画像を取得し、
前記判定部は、画像認識により、前記取得した画像中の各ウェルに前記対象物が含まれるか否かを判定する、
請求項９に記載のシステム。
前記判定部は、画像認識により、前記取得した画像中の各ウェルに前記対象物が含まれるか否かを判定する、
請求項９に記載のシステム。
【請求項12】
前記画像センサは、前記ウェルアレイに向けられた対物レンズを通して前記複数のウェルの画像を取得し、
前記光照射ユニットは、前記対物レンズを通して前記選択されたウェルに光を照射する、
請求項１１に記載のシステム。
前記光照射ユニットは、前記対物レンズを通して前記選択されたウェルに光を照射する、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項13】
前記光照射ユニットは、光源と、前記光源からの光を光パターンに変換するように駆動される制御ミラーと、を含む、
請求項９に記載のシステム。
請求項９に記載のシステム。
【請求項14】
開状態の前記バルブにより開放された前記開口を通して前記対象物を回収する回収ユニットをさらに備える、
請求項９に記載のシステム。
請求項９に記載のシステム。
【請求項15】
対象物を選別するための方法であって、
請求項１～５のいずれか一項に記載のウェルアレイに、前記対象物を含むサンプルを充填するステップと、
前記複数のウェルのうち前記対象物を含むウェルを判定するステップと、
判定結果に基づき複数のウェルの一部又は全部を選択するステップと、
前記選択されたウェルに光を照射するステップと、
を含む、方法。
請求項１～５のいずれか一項に記載のウェルアレイに、前記対象物を含むサンプルを充填するステップと、
前記複数のウェルのうち前記対象物を含むウェルを判定するステップと、
判定結果に基づき複数のウェルの一部又は全部を選択するステップと、
前記選択されたウェルに光を照射するステップと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、ウェルアレイ、システム、及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
不妊症の原因の一つとして、非閉塞性無精子症（ＮＯＡ：ｎｏｎ－ｏｂｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ａｚｏｏｓｐｅｒｍｉａ）などの無精子症が知られている。これは、男性の精液中に精子が観察されない病気であるが、精巣中の精細管には僅かに精子が観察される場合がある。このような場合に精細管から精子を採取する方法として、顕微鏡下精巣内精子採取術（Ｍｉｃｒｏ－ＴＥＳＥ：ｍｉｃｒｏｄｉｓｓｅｃｔｉｏｎ ｔｅｓｔｉｃｕｌａｒ ｓｐｅｒｍ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）が知られている。
【0003】
Ｍｉｃｒｏ－ＴＥＳＥは、高性能な顕微鏡を用いて、精子の存在可能性の高い男性の精細管組織を手術により選択的に切り出し、精子を回収する手法である。Ｍｉｃｒｏ－ＴＥＳＥでは、患者の陰嚢を切開して精細管組織を露出させ、顕微鏡で観察しながら、精子を含む可能性の高い精細管組織を採取する。次いで、胚培養士が、採取した組織を細かく破砕することにより細胞懸濁液を得て、顕微鏡下で細胞懸濁液中の精子を探す。精子が見つかった場合にはその精子を回収して体外受精に使用するが、精子が見つからなかった場合には、再び患者から精細管組織を採取し、精子の探索を繰り返す。
【0004】
しかしながら、現在のＭｉｃｒｏ－ＴＥＳＥにおける精子の探索及び回収作業は多くの困難性を伴う。例えば、細胞懸濁液には精子以外にも赤血球、白血球、精祖細胞など多数の細胞が含まれている。また、精細管組織中の精子は未熟で運動性が低い場合が多いので、運動能で精子を識別することも難しい。このため、精子を即座に発見することは容易ではなく、仮に精子を見つけても、全長１０μｍほどの精子を人がマイクロピペットで回収することには労力を要する。
【0005】
例えば、微小流体システムを利用して精子の採取を行う技術が開発されており（特許文献１）、こうした微小流体システムにおける流体制御のためのマイクロバルブ技術が知られている（特許文献２）。しかしながら、特許文献１の技術は運動性の高い精子を対象としたものであり、Ｍｉｃｒｏ－ＴＥＳＥの採取対象である未熟で比較的運動性の低い精子への適用は困難である。
【0006】
上記のような精子の探索及び回収作業の非効率性は、精子の回収成功率を低下させるだけでなく、手術の長時間化を引き起こし、患者及び胚培養士双方の負担となる。したがって、このような対象物の探索・選別作業や回収作業における効率性を向上させることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２０１９－１４１０８１号公報
【特許文献2】国際公開第２０１６／１３６５５１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
そこで本発明は、対象物を効率よく選別できるウェルアレイ、システム、及び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】
【0009】
本発明は、以下の態様を含む。
［１］対象物を選別するためのウェルアレイであって、複数のウェルを備え、各ウェルは、少なくとも底部に開口及びバルブを有し、前記バルブは、光照射に応答して前記開口を閉鎖する閉状態と前記開口を開放する開状態との間で変形可能である、ウェルアレイ。
［２］前記バルブは、光が照射されたことに応答して熱を発生させる光熱変換材料と、所定温度以上の温度で所定形状に変形する熱応答変形材料と、を含む、［１］に記載のウェルアレイ。
［３］前記光熱変換材料が光照射ユニットからの光に応答して熱を発生させ、前記熱応答変形材料が前記熱に応答して前記所定形状に変形することにより前記バルブが閉状態から開状態に変形する、［２］に記載のウェルアレイ。
［４］前記熱応答変形材料は、状態遷移温度以上の温度で所定形状を回復する形状記憶材料であり、前記形状記憶材料は、状態遷移温度以上の温度に応答して、前記開口を閉鎖する形状から前記開口を開放する前記所定形状に変形する、［２］又は［３］に記載のウェルアレイ。
［５］前記形状記憶材料は、生体適合性を有する形状記憶ポリマーであり、前記形状記憶材料の状態遷移温度が２５℃～３５℃である、［４］に記載のウェルアレイ。
［６］前記複数のウェルを形成する複数の孔を有する基部と、前記複数の孔を覆うように設けられたバルブ膜であって、前記複数の孔の各々に対応する位置に前記バルブが形成されたバルブ膜と、を備える、［１］～［５］のいずれか一つに記載のウェルアレイ。
［７］各ウェルは、生体分子である前記対象物を１分子だけ収容できる大きさである、［１］～［６］のいずれか一つに記載のウェルアレイ。
［８］前記対象物が精子である、［１］～［７］のいずれか一つに記載のウェルアレイ。
［９］対象物を選別するためのシステムであって、［１］～［８］のいずれか一つに記載のウェルアレイと、ウェルが前記対象物を含むか否かを判定する判定部と、判定結果に基づき複数のウェルの一部又は全部を選択する選択部と、を含む制御ユニットであって、前記選択されたウェルに光を照射するように光照射ユニットを制御する制御ユニットと、
を備える、システム。
［１０］前記制御ユニットは、前記複数のウェルのうち前記対象物を含むと判定されたウェル及び前記対象物を含まないと判定されたウェルの一方に対応する位置に光が照射され、他方に対応する位置に光が照射されない光パターン情報を生成するパターン生成部と、前記光パターン情報に基づき前記光照射ユニットを制御する光照射制御部と、を含む、［９］に記載のシステム。
［１１］前記制御ユニットは、画像センサから前記複数のウェルの画像を取得し、前記判定部は、画像認識により、前記取得した画像中の各ウェルに前記対象物が含まれるか否かを判定する、［９］又は［１０］に記載のシステム。
［１２］前記画像センサは、前記ウェルアレイに向けられた対物レンズを通して前記複数のウェルの画像を取得し、前記光照射ユニットは、前記対物レンズを通して前記選択されたウェルに光を照射する、［１１］に記載のシステム。
［１３］前記光照射ユニットは、光源と、前記光源からの光を光パターンに変換するように駆動される制御ミラーと、を含む、［９］～［１２］のいずれか一つに記載のシステム。
［１４］開状態の前記バルブにより開放された前記開口を通して前記対象物を回収する回収ユニットをさらに備える、［９］～［１３］のいずれか一つに記載のシステム。
［１５］対象物を選別するための方法であって、［１］～［８］のいずれか一つに記載のウェルアレイに、前記対象物を含むサンプルを充填するステップと、前記複数のウェルのうち前記対象物を含むウェルを判定するステップと、判定結果に基づき複数のウェルの一部又は全部を選択するステップと、前記選択されたウェルに光を照射するステップと、を含む、方法。
［１］対象物を選別するためのウェルアレイであって、複数のウェルを備え、各ウェルは、少なくとも底部に開口及びバルブを有し、前記バルブは、光照射に応答して前記開口を閉鎖する閉状態と前記開口を開放する開状態との間で変形可能である、ウェルアレイ。
［２］前記バルブは、光が照射されたことに応答して熱を発生させる光熱変換材料と、所定温度以上の温度で所定形状に変形する熱応答変形材料と、を含む、［１］に記載のウェルアレイ。
［３］前記光熱変換材料が光照射ユニットからの光に応答して熱を発生させ、前記熱応答変形材料が前記熱に応答して前記所定形状に変形することにより前記バルブが閉状態から開状態に変形する、［２］に記載のウェルアレイ。
［４］前記熱応答変形材料は、状態遷移温度以上の温度で所定形状を回復する形状記憶材料であり、前記形状記憶材料は、状態遷移温度以上の温度に応答して、前記開口を閉鎖する形状から前記開口を開放する前記所定形状に変形する、［２］又は［３］に記載のウェルアレイ。
［５］前記形状記憶材料は、生体適合性を有する形状記憶ポリマーであり、前記形状記憶材料の状態遷移温度が２５℃～３５℃である、［４］に記載のウェルアレイ。
［６］前記複数のウェルを形成する複数の孔を有する基部と、前記複数の孔を覆うように設けられたバルブ膜であって、前記複数の孔の各々に対応する位置に前記バルブが形成されたバルブ膜と、を備える、［１］～［５］のいずれか一つに記載のウェルアレイ。
［７］各ウェルは、生体分子である前記対象物を１分子だけ収容できる大きさである、［１］～［６］のいずれか一つに記載のウェルアレイ。
［８］前記対象物が精子である、［１］～［７］のいずれか一つに記載のウェルアレイ。
［９］対象物を選別するためのシステムであって、［１］～［８］のいずれか一つに記載のウェルアレイと、ウェルが前記対象物を含むか否かを判定する判定部と、判定結果に基づき複数のウェルの一部又は全部を選択する選択部と、を含む制御ユニットであって、前記選択されたウェルに光を照射するように光照射ユニットを制御する制御ユニットと、
を備える、システム。
［１０］前記制御ユニットは、前記複数のウェルのうち前記対象物を含むと判定されたウェル及び前記対象物を含まないと判定されたウェルの一方に対応する位置に光が照射され、他方に対応する位置に光が照射されない光パターン情報を生成するパターン生成部と、前記光パターン情報に基づき前記光照射ユニットを制御する光照射制御部と、を含む、［９］に記載のシステム。
［１１］前記制御ユニットは、画像センサから前記複数のウェルの画像を取得し、前記判定部は、画像認識により、前記取得した画像中の各ウェルに前記対象物が含まれるか否かを判定する、［９］又は［１０］に記載のシステム。
［１２］前記画像センサは、前記ウェルアレイに向けられた対物レンズを通して前記複数のウェルの画像を取得し、前記光照射ユニットは、前記対物レンズを通して前記選択されたウェルに光を照射する、［１１］に記載のシステム。
［１３］前記光照射ユニットは、光源と、前記光源からの光を光パターンに変換するように駆動される制御ミラーと、を含む、［９］～［１２］のいずれか一つに記載のシステム。
［１４］開状態の前記バルブにより開放された前記開口を通して前記対象物を回収する回収ユニットをさらに備える、［９］～［１３］のいずれか一つに記載のシステム。
［１５］対象物を選別するための方法であって、［１］～［８］のいずれか一つに記載のウェルアレイに、前記対象物を含むサンプルを充填するステップと、前記複数のウェルのうち前記対象物を含むウェルを判定するステップと、判定結果に基づき複数のウェルの一部又は全部を選択するステップと、前記選択されたウェルに光を照射するステップと、を含む、方法。
【発明の効果】
【0010】
本発明の実施形態によれば、対象物を効率よく選別できるウェルアレイ、システム、及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】一実施形態に係る選別システム１を示す模式図である。
【図2】一実施形態に係るウェルアレイ１０を示す斜視図である。
【図3】一実施形態に係るバルブ膜１４の開状態及び閉状態を示す斜視図である。
【図4】一実施形態に係るウェル２０の断面及び底面の遷移を示す模式図である。
【図5】一実施形態に係る光照射ユニット５０を示す模式図である。
【図6】一実施形態に係る選別システム１の機能構成を示すブロック図である。
【図7】一実施形態に係る選別システム１のウェルアレイ１０の画像データＣと光パターン情報Ｐとの対応関係を示す模式図である。
【図8A】一実施形態に係る選別システム１の使用方法を示す模式図である。
【図8B】一実施形態に係る選別システム１の使用方法を示す模式図である。
【図8C】一実施形態に係る選別システム１の使用方法を示す模式図である。
【図8D】一実施形態に係る選別システム１の使用方法を示す模式図である。
【図9】一実施形態に係る選別システム１の動作フローを示すフローチャートである。
【図10A】実施例１に係る光パターン情報を示す図である。
【図10B】実施例１に係る光パターンを示す写真である。
【図10C】実施例１に係る光パターンを示す写真である。
【図11A】実施例２に係る光パターン情報を示す図である。
【図11B】実施例２に係る光パターンを示す写真である。
【図11C】実施例２に係る光パターンを示す写真である。
【図12A】実施例３に係る形状記憶ポリマーシートの初期状態を示す写真である。
【図12B】実施例３に係る形状記憶ポリマーシートの圧縮状態を示す写真である。
【図12C】実施例３に係る形状記憶ポリマーシートの回復状態を示す写真である。
【図13A】実施例３に係る形状記憶ポリマーシートの形状記憶能力を示すグラフである。
【図13B】実施例３に係る形状記憶ポリマーシートの形状記憶能力を示すグラフである。
【図13C】実施例３に係る形状記憶ポリマーシートの形状記憶能力を示すグラフである。
【図13D】実施例３に係る形状記憶ポリマーシートの形状記憶能力を示すグラフである。
【図14A】実施例４に係る光パターンを示す写真である。
【図14B】実施例４に係る光応答性ポリマーシートの温度分布を示す図である。
【図14C】実施例４に係る光パターンを示す写真である。
【図14D】実施例４に係る光応答性ポリマーシートの温度分布を示す図である。
【図15A】実施例５に係る光パターンを照射する前の光応答性ポリマーシートの写真である。
【図15B】実施例５に係る光パターンを照射した後の光応答性ポリマーシートの写真である。
【図15C】実施例５に係る光パターンを照射する前の光応答性ポリマーシートの写真である。
【図15D】実施例５に係る光パターンを照射した後の光応答性ポリマーシートの写真である。
【図16A】実施例６に係る光パターンを照射する前の光応答性ポリマーシートの写真である。
【図16B】実施例６に係る光パターンを照射した後の光応答性ポリマーシートの写真である。
【図17】実施例７におけるマイクロウェルアレイの分解模式図である。
【図18】実施例７において作成したマイクロウェルアレイの写真である。
【図19】実施例８において播種されたマイクロビーズを顕微鏡で観察した写真である。
【図20】実施例９における第１部分（左）、第２部分（中央）、及び第３部分（右）の顕微鏡写真と、それに対応するサーモグラフィカメラで観察した光応答性ポリマーシートの面上の温度分布と、を示す図である。
【図21A】実施例１１における光パターンを照射する前のバルブ膜の顕微鏡写真（倍率４倍）である。
【図21B】実施例１１における光パターンを照射した後のバルブ膜の顕微鏡写真（倍率４倍）である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、実施形態のウェルアレイ、システム、及び方法を、図面を参照して説明する。
なお、以下の実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数などを異ならせている場合がある。
なお、以下の実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数などを異ならせている場合がある。
【0013】
説明のために、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸から成る直交座標系を定義する。ｘ軸及びｙ軸は水平面に平行であり、ｚ軸は鉛直方向に平行である。ここで、＋ｚ方向を上向き（すなわち重力方向と反対方向）、－ｚ方向を下向き（すなわち重力方向）と定義する。ただし、上記座標系は単に説明のために便宜上設定したものであり、発明を何ら限定するものではない。
【0014】
【0015】
選別システム１は、対象物及びそれ以外の物質を含むサンプルから対象物を選別する。以下では、顕微鏡下精巣組織採取術（Ｍｉｃｒｏ－ＴＥＳＥ）で採取された細胞懸濁液から精子を対象物として選別する場合を例にとって説明するが、選別システム１の用途及び対象物はこれに限定されない。選別システム１は、例えば任意の細胞、組織、細菌、オルガノイド、生物といった生物学的対象物の他、無生物を含む任意の対象物に対して適用可能である。
【0016】
図１に示すように、選別システム１は、ウェルアレイ１０、顕微ユニット３０、画像センサ４０、光照射ユニット５０、制御ユニット７０、及び回収ユニット９０を含む。
【0017】
（ウェルアレイ１０）
図２は、一実施形態に係るウェルアレイ１０を示す斜視図である。ウェルアレイ１０は、窪み（ウェル）が平面上に縦横に敷き詰められた構造である。各ウェル中に細胞懸濁液などのサンプル液を流し込んで閉じ込めることにより、サンプルの観察、培養、回収などを行うことができる。ウェルアレイ１０は、例えば、マイクロメートル（μｍ）スケールからサブミリメートル（ｍｍ）スケール程度の大きさのウェルの配列を有するマイクロウェルアレイである。
図２は、一実施形態に係るウェルアレイ１０を示す斜視図である。ウェルアレイ１０は、窪み（ウェル）が平面上に縦横に敷き詰められた構造である。各ウェル中に細胞懸濁液などのサンプル液を流し込んで閉じ込めることにより、サンプルの観察、培養、回収などを行うことができる。ウェルアレイ１０は、例えば、マイクロメートル（μｍ）スケールからサブミリメートル（ｍｍ）スケール程度の大きさのウェルの配列を有するマイクロウェルアレイである。
【0018】
図１に示すように、ウェルアレイ１０は、基部１２、バルブ膜１４、回収流路１６、及び回収口１８を含む。
【0019】
基部１２は、ウェルアレイ１０の本体部である。図２に示すように、基部１２は、全体として平たい直方体形状を有する。図１に示すように、基部１２は、上部１２ａ、下部１２ｂ、及び上部１２ａと下部１２ｂとを連結する連結部１２ｃを含む。上部１２ａ、下部１２ｂ、及び連結部１２ｃは、一体的に形成されてもよく、２以上の別体として形成されて組み立てられてもよい。基部１２の上部１２ａには、Ｚ方向に上部１２ａを貫通する複数の孔が設けられ、各孔がそれぞれウェル２０を形成する。
【0020】
上部１２ａ、下部１２ｂ、及び連結部１２ｃは、基部１２の内部空間である回収流路１６を画定する。基部１２の一側面には、回収流路１６に連通する回収口１８が設けられている。
【0021】
基部１２の材質は、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの高分子材料であるが、これに限定されない。好ましくは、基部１２の材質は、生体適合性を有する材料である。
【0022】
好ましくは、基部１２の少なくとも下部１２ｂは、可視領域の光に対して透明性又は半透明性を有する。例えば、基部１２の少なくとも下部１２ｂは、３８０ｎｍ～７８０ｎｍに含まれる１以上の波長の光に対する透過率が１０％以上、２０％以上、３０％以上、４０％以上、５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上、９０％以上、又は９５％以上である。
【0023】
バルブ膜１４は、ウェル２０を形成する上部１２ａの複数の孔を下方から覆うように、上部１２ａの下面に設けられる。バルブ膜１４は、ウェル２０と回収流路１６との連通状態（連通させるか連通させないか）をウェル２０ごとに切り替える。
【0024】
図３は、一実施形態に係るバルブ膜１４の開状態及び閉状態を示す斜視図である。図３に示すように、バルブ膜１４は、複数の孔（バルブ２４）を有する膜である。初期状態において、バルブ膜１４は、図３の左側に示すように複数の孔が開放された開状態である。バルブ膜１４は、図３の右側に示すように複数の孔が閉鎖された閉状態に変形することができ、閉状態から再び開状態に変形することができる。図１では、閉状態のバルブ膜１４が下部１２ｂの下面に設けられている。
【0025】
バルブ膜１４は、好ましくは、可視領域の光に対して透明性又は半透明性を有する。例えば、バルブ膜１４は、３８０ｎｍ～７８０ｎｍに含まれる１以上の波長の光に対する透過率が１０％以上、２０％以上、３０％以上、４０％以上、５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上、９０％以上、又は９５％以上である。
【0026】
バルブ膜１４は、光が照射されたことに応答して熱を発生させる光熱変換材料と、所定温度以上の温度で所定形状に変形する熱応答変形材料と、を含む。例えば、熱応答変形材料は、状態遷移温度以上の温度で所定形状を回復する形状記憶材料である。
【0027】
本明細書において「光熱変換材料」とは、光を吸収して熱を発生させる材料を意味する。バルブ膜１４の光熱変換材料の例として、金属ナノ粒子（金ナノ粒子、銀ナノ粒子など）、黒色材料（一般的な黒色インクなど）などが挙げられる。例えば、光熱変換材料を含むバルブ膜１４は、光熱変換材料の吸収波長のレーザ光を出力９０ｍＷで１秒間照射した場合に、少なくとも一部分において、例えば１℃以上、２℃以上、３℃以上、４℃以上、５℃以上、６℃以上、７℃以上、８℃以上、９℃以上、又は１０℃以上の温度上昇をもたらすことができる。
【0028】
好ましくは、バルブ膜１４の光熱変換材料は、近赤外領域の光に応答して発熱する。このような光熱変換材料を用いる場合、細胞や水分による吸収が小さい近赤外領域の光を利用することができるので、光照射によるサンプルへの影響を低減することができる。例えば、バルブ膜１４の光熱変換材料は、７８０ｎｍ～２．５μｍに含まれる１以上の波長の光に対する吸収率が１０％以上、２０％以上、３０％以上、４０％以上、５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上、９０％以上、又は９５％以上である。一方、バルブ膜１４の光熱変換材料は、好ましくは、可視領域の光に対して透明性又は半透明性を有する。例えば、バルブ膜１４の光熱変換材料は、３８０ｎｍ～７８０ｎｍに含まれる１以上の波長の光に対する透過率が１０％以上、２０％以上、３０％以上、４０％以上、５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上、９０％以上、又は９５％以上である。
【0029】
本明細書において「熱応答変形材料」とは、一定の熱が印加されたことに応答して、固体の状態を保ったまま、所定形状に変形する材料を意味する。
【0030】
本明細書において「形状記憶材料」とは、所定形状から変形させた場合でも、所定温度以上の温度に加熱すれば所定形状を回復する材料を意味する。バルブ膜１４の形状記憶材料の例として、生体適合性を有する形状記憶ポリマー（例えば、ポリ－（ε－カプロラクトン））、生体適合性を有する形状記憶合金などが挙げられる。形状記憶ポリマーは、状態遷移温度（例えば融点やガラス転移温度）を境にしてヤング率が急激に小さくなるポリマーである。このため、形状記憶ポリマーを一度加熱して変形させた後、変形した状態を保ちながら冷却すると、その形状が保持される。次いで、変形させた形状記憶ポリマーを状態遷移温度以上まで加熱すると、復元力が生じて、形状記憶ポリマーは変形前の元の形状を回復する。
【0031】
バルブ膜１４の熱応答変形材料は、好ましくは、可視領域の光に対して透明性又は半透明性を有する。例えば、バルブ膜１４の熱応答変形材料は、３８０ｎｍ～７８０ｎｍに含まれる１以上の波長の光に対する透過率が１０％以上、２０％以上、３０％以上、４０％以上、５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上、９０％以上、又は９５％以上である。
【0032】
バルブ膜１４の熱応答変形材料がそれ以上の温度で所定形状に変形する境界温度（例えば、形状記憶材料の状態遷移温度）は、好ましくは２０℃～４０℃であり、より好ましくは２５℃～３５℃である。
【0033】
なお、バルブ膜１４は、光熱変換材料及び熱応答変形材料以外の材料をさらに含んでもよい。
【0034】
図３の左側に示す開状態のバルブ膜１４を加熱しながら孔を塞ぐように圧縮することによって、図３の右側に示すように、バルブ膜１４を閉状態に変形させることができる。次いで、バルブ膜１４を構成する形状記憶材料の状態遷移温度（変態点）以上の温度までバルブ膜１４を加熱することによって、形状記憶材料が元の形状（図３の左側に示す形状）を回復するので、閉状態のバルブ膜１４が再び開状態に戻る。図３ではバルブ膜１４の全体の変形が示されているが、バルブ膜１４の一部のみを局所的に加熱することによって、バルブ膜１４の複数の孔のうち一部のみを閉状態から開状態に遷移させることも可能である。
【0035】
回収流路１６は、図１に示すように、基部１２の内部に設けられ、上部１２ａ、下部１２ｂ、及び連結部１２ｃにより画定される。回収流路１６は、ウェルアレイ１０の各ウェル２０に閉じ込められたサンプルを外部に回収する流路として機能する。
【0036】
回収流路１６は、基部１２の内部でＸＹ平面に沿って広がる。回収流路１６の上部と各ウェル２０の下部との間にはバルブ膜１４が介在している。すなわち、回収流路１６は、バルブ膜１４を挟んで各ウェル２０に隣接する。バルブ膜１４が開状態である場合には、回収流路１６とウェル２０とは連通する。
【0037】
回収口１８は、図１に示すように回収流路１６の一端に設けられ、図２に示すように基部１２の一側面から外部に露出される。回収口１８は、基部１２の内部の回収流路１６を外部に連通させる出口として機能する。図１に示すように、後述の回収ユニット９０が回収口１８に接続され、サンプルの回収を行う。
【0038】
ウェルアレイ１０は、使い捨て可能な単回使用品として構成されてよいが、繰り返し使用されてもよい。
【0039】
（ウェル２０）
次いで、ウェルアレイ１０の各ウェル２０について説明する。上記のとおり、ウェル２０は、基部１２の上部１２ａを貫通する複数の孔の各々により形成される。ウェル２０は、細胞懸濁液などのサンプル液を受け入れる貯留部として機能する。本実施形態では、図１に示すように、各ウェル２０に細胞懸濁液が流し込まれることによって、種々の細胞が各ウェル２０に収容される。図１には四つのウェル２０が示されており、左から２番目及び４番目のウェル２０には精子Ｔ１及び他の細胞Ｔ２が収容されているが、左から１番目及び３番目のウェル２０には精子Ｔ１が含まれておらず、他の細胞Ｔ２のみが収容されている。選別システム１は、どのウェル２０が精子Ｔ１を含むかを判定し、精子Ｔ１を回収するためにウェル２０に含まれる細胞懸濁液全体から精子Ｔ１を含む部分（例えば、精子Ｔ１が存在するウェル２０に収容された細胞懸濁液）を選別することができる。
次いで、ウェルアレイ１０の各ウェル２０について説明する。上記のとおり、ウェル２０は、基部１２の上部１２ａを貫通する複数の孔の各々により形成される。ウェル２０は、細胞懸濁液などのサンプル液を受け入れる貯留部として機能する。本実施形態では、図１に示すように、各ウェル２０に細胞懸濁液が流し込まれることによって、種々の細胞が各ウェル２０に収容される。図１には四つのウェル２０が示されており、左から２番目及び４番目のウェル２０には精子Ｔ１及び他の細胞Ｔ２が収容されているが、左から１番目及び３番目のウェル２０には精子Ｔ１が含まれておらず、他の細胞Ｔ２のみが収容されている。選別システム１は、どのウェル２０が精子Ｔ１を含むかを判定し、精子Ｔ１を回収するためにウェル２０に含まれる細胞懸濁液全体から精子Ｔ１を含む部分（例えば、精子Ｔ１が存在するウェル２０に収容された細胞懸濁液）を選別することができる。
【0040】
図１及び図２では、ウェル２０は円筒形の窪みとして形成されており、その幅が－Ｚ方向に小さくなっている。ただし、ウェル２０の形状は上記例に限定されず、ＸＹ平面視で円形でなく正方形などの多角形その他の任意の形状であってよい。また、ウェル２０の幅がＺ方向に一定であってもよく、Ｚ方向に沿って任意に変化してもよい。
【0041】
ウェル２０の最大幅は、対象物の大きさなどによって適宜決定され得る。ウェル２０の最大幅は、例えば１μｍ～１ｍｍであってよい。例えば、ウェル２０の最大幅は、２μｍ以上、３μｍ以上、４μｍ以上、５μｍ以上、６μｍ以上、７μｍ以上、８μｍ以上、９μｍ以上、１０μｍ以上、１５μｍ以上、２０μｍ以上、３０μｍ以上、４０μｍ以上、５０μｍ以上、８０μｍ以上、１００μｍ以上、２００μｍ以上、３００μｍ以上、４００μｍ以上、又は５００μｍ以上である。例えば、ウェル２０の最大幅は、８００μｍ以下、５００μｍ以下、３００μｍ以下、２００μｍ以下、１００μｍ以下、８０μｍ以下、５０μｍ以下、４０μｍ以下、３０μｍ以下、２０μｍ以下、１５μｍ以下、又は１０μｍ以下である。例えば、ウェル２０は、対象物を１個だけ収容できる大きさである。対象物が生体分子である場合、ウェル２０は、生体分子である対象物を１分子だけ収容できる大きさであってよい。生体分子としては、特に限定されず、細胞、タンパク質、核酸などが挙げられる。細胞としては、精子、卵、Ｂ細胞などが挙げられる。例えば、Ｍｉｃｒｏ－ＴＥＳＥで採取された細胞懸濁液に対して選別システム１を適用する場合、ウェル２０の最大幅は、好ましくは５μｍ～３０μｍである。Ｍｉｃｒｏ－ＴＥＳＥで採取される細胞は大きくても３０μｍ程度であるので、ウェルの大きさも３０μｍ程度とすれば十分である。一方、対象物である精子の頭部の大きさは３μｍ～５μｍ程度であるので、最大幅は５μｍ以上であることが好ましい。
【0042】
隣接するウェル２０の間隔は、用途に応じて適宜決定されてよいが、光の回折限界を考慮して、隣接するウェル２０に大きな影響を及ぼさずに各ウェル２０に個別に光を照射できる程度の間隔で各ウェル２０が配置されることが好ましい。
【0043】
図１に示すように、各ウェル２０は、底部に開口２２及びバルブ２４を有する。
【0044】
開口２２は、ウェル２０の下端に位置する。すなわち、ウェル２０は下端の開口２２において下方に開放されている。また、ウェル２０は、上端の開口において上方にも開放されている。
【0045】
バルブ２４は、バルブ膜１４の一部として、開口２２の下方に設けられる。バルブ２４は、開口２２を開放又は閉鎖する。バルブ２４は、上記のバルブ膜１４と同様に、光熱変換材料及び熱応答変形材料を含む。バルブ２４は、光照射に応答して、開口２２を閉鎖する閉状態と開口２２を開放する開状態との間で変形することができる。
【0046】
このような開状態と閉状態との切り替えについて、図４を参照してさらに説明する。図４は、一実施形態に係るウェル２０の断面及び底面の遷移を示す模式図である。図４の左図は、ウェル２０の初期状態を示す。初期状態のバルブ２４は、開口２２と同程度の大きさの孔を形成しており、開口２２を開放することによりウェル２０と回収流路１６とを連通させている。
【0047】
初期状態のバルブ２４を加熱した状態で圧縮して変形させ、変形した形状を保ったまま冷却すると、図４の中央の図のようにバルブ２４を閉状態にすることができる。この変形状態のバルブ２４は、開口２２を閉鎖することにより、ウェル２０と回収流路１６との間の連通を遮断している。
【0048】
変形状態のバルブ２４を状態遷移温度まで加熱することにより、図４の右図のように、バルブ２４の熱応答変形材料（例えば形状記憶ポリマー）が初期状態の形状（「所定形状」の一例）を回復する。この回復状態のバルブ２４は、再び開口２２を開放し、ウェル２０と回収流路１６とを連通させている。
【0049】
なお、図４では、説明のために開状態のバルブ２４を「初期状態」として示しているが、実際に選別システム１を使用する際には、予めバルブ２４が閉状態となるように加熱圧縮された「圧縮状態」のバルブ膜１４を用いて選別システム１の使用を開始することができる。
【0050】
本実施形態では、バルブ２４が光熱変換材料及び熱応答変形材料を含むので、光熱変換材料の吸収波長の光を照射することによってバルブ２４を変形させることができる。すなわち、バルブ２４に光を照射すると、光照射に応答してバルブ２４の光熱変換材料が熱を発生させ、発生した熱に応答してバルブ２４の熱応答変形材料が所定形状に変形する。したがって、特定のバルブ２４に対して局所的に光照射すれば、複数のバルブ２４のうち特定のバルブ２４のみを選択的に変形させる（例えば、閉状態から開状態へ変形させる）ことができる。
【0051】
開状態のバルブ２４の孔の最大幅は、対象物の大きさなどによって適宜決定され得る。開状態のバルブ２４の孔の最大幅は、例えば１μｍ～１ｍｍであってよい。例えば、開状態のバルブ２４の孔の最大幅は、２μｍ以上、３μｍ以上、４μｍ以上、５μｍ以上、６μｍ以上、７μｍ以上、８μｍ以上、９μｍ以上、１０μｍ以上、１５μｍ以上、２０μｍ以上、３０μｍ以上、４０μｍ以上、５０μｍ以上、８０μｍ以上、１００μｍ以上、２００μｍ以上、３００μｍ以上、４００μｍ以上、又は５００μｍ以上である。例えば、開状態のバルブ２４の孔の最大幅は、８００μｍ以下、５００μｍ以下、３００μｍ以下、２００μｍ以下、１００μｍ以下、８０μｍ以下、５０μｍ以下、４０μｍ以下、３０μｍ以下、２０μｍ以下、１５μｍ以下、又は１０μｍ以下である。
【0052】
ウェルアレイ１０は、例えば、基部１２及びバルブ膜１４を別々に形成した後、バルブ膜１４を基部１２に取り付けることにより製造することができる。また、基部１２とバルブ膜１４とは、例えば３Ｄプリンタの多色印刷などにより、一体的に製造してもよい。基部１２は、射出成形や３Ｄプリンタ成形など任意の方法で製造することができる。バルブ膜１４も任意の方法で製造することができ、例えば、形状記憶ポリマーのシートに光熱変換材料を塗布することによって製造することができる。バルブ膜１４は、形状記憶ポリマーと光熱変換材料との混合材料をシート状に成形することによって製造してもよい。バルブ膜１４は、製造後、加熱した状態で圧縮することによって各バルブ２４を閉状態に変形させた状態で基部１２に取り付けることができる。
【0053】
（顕微ユニット３０）
顕微ユニット３０は、ウェルアレイ１０の各ウェル２０の様子を拡大して観察するとともに、光照射ユニット５０からの光をウェルアレイ１０上に集束させるために使用される。図１に示すように、顕微ユニット３０は、ウェルアレイ１０の下面に対向するように配置される。例えば、顕微ユニット３０は、明視野顕微鏡、位相差顕微鏡、微分干渉顕微鏡といった光学顕微鏡など、既知の任意の顕微鏡である。顕微ユニット３０は、デジタル式の顕微鏡であってもよい。顕微ユニット３０は、対物レンズ３２を含む。
顕微ユニット３０は、ウェルアレイ１０の各ウェル２０の様子を拡大して観察するとともに、光照射ユニット５０からの光をウェルアレイ１０上に集束させるために使用される。図１に示すように、顕微ユニット３０は、ウェルアレイ１０の下面に対向するように配置される。例えば、顕微ユニット３０は、明視野顕微鏡、位相差顕微鏡、微分干渉顕微鏡といった光学顕微鏡など、既知の任意の顕微鏡である。顕微ユニット３０は、デジタル式の顕微鏡であってもよい。顕微ユニット３０は、対物レンズ３２を含む。
【0054】
対物レンズ３２は、ウェルアレイ１０の下面に対向するように配置される。対物レンズ３２は、ウェルアレイ１０から対物レンズ３２に入射した光からウェルアレイ１０の拡大像を作る。また、対物レンズ３２は、光照射ユニット５０から対物レンズ３２に入射した光をウェルアレイ１０上に集束させる。対物レンズ３２としては、既知の任意の対物レンズが使用可能である。
【0055】
（画像センサ４０）
画像センサ４０は、顕微ユニット３０により形成されたウェルアレイ１０の拡大像を画像データＣとして取得するとともに、取得した画像データＣを出力する。画像センサ４０は、顕微ユニット３０の内部に設けられてもよく、顕微ユニット３０から拡大像の出力を受け付けるように顕微ユニット３０の外部に配置されてもよい。例えば、顕微ユニット３０は、画像センサ４０を内蔵したデジタル顕微鏡であってもよい。画像センサ４０としては、ＣＭＯＳカメラやＣＣＤカメラなど、既知の任意の画像センサが使用可能である。
画像センサ４０は、顕微ユニット３０により形成されたウェルアレイ１０の拡大像を画像データＣとして取得するとともに、取得した画像データＣを出力する。画像センサ４０は、顕微ユニット３０の内部に設けられてもよく、顕微ユニット３０から拡大像の出力を受け付けるように顕微ユニット３０の外部に配置されてもよい。例えば、顕微ユニット３０は、画像センサ４０を内蔵したデジタル顕微鏡であってもよい。画像センサ４０としては、ＣＭＯＳカメラやＣＣＤカメラなど、既知の任意の画像センサが使用可能である。
【0056】
（光照射ユニット５０）
光照射ユニット５０は、ウェルアレイ１０に光を照射する。図５は、一実施形態に係る光照射ユニット５０を示す模式図である。図５に示すように、光照射ユニット５０は、光源５２、制御ミラー５４、瞳投影レンズ５６、結像レンズ５８、及びダイクロイックミラー６０を含む。
光照射ユニット５０は、ウェルアレイ１０に光を照射する。図５は、一実施形態に係る光照射ユニット５０を示す模式図である。図５に示すように、光照射ユニット５０は、光源５２、制御ミラー５４、瞳投影レンズ５６、結像レンズ５８、及びダイクロイックミラー６０を含む。
【0057】
光源５２は、例えば、図１に示すように、対物レンズ３２の光学軸と平行な光を制御ミラー５４に向けて放出するように配置される。光源５２としては、レーザ装置など任意の光源が使用可能である。
【0058】
制御ミラー５４は、１以上のミラーとミラーを駆動する駆動部とを有する。制御ミラー５４は、ミラーの位置や傾きを高速で制御駆動することにより、反射光の光路を調整できる。制御ミラー５４の例としては、ガルバノミラー、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）、ＭＥＭＳミラーなどの電磁駆動ミラーが挙げられるが、これに限定されない。ＤＭＤ及びＭＥＭＳミラーはいずれも安価性に優れ、小型である。また、ＭＥＭＳミラーは、ＤＭＤに比べてエネルギー効率の点でも優れている。
【0059】
図５に示すように、制御ミラー５４は、基準となる配置では、光源５２からの光に対して略４５度の角度をなすように配置され、光源５２からの光を略直角に反射する。また、上記のとおり制御ミラー５４は反射光の光路を制御できるので、図５に示すように、光源５２からの光を様々な方向に反射することもできる。したがって、制御ミラー５４は、ウェルアレイ１０に照射する光パターンを形成するように駆動され得る。この光パターンは、後述する制御ユニット７０の光パターン情報生成部８０により生成された光パターン情報Ｐに基づいて形成される。本明細書において「光パターン」とは、所定のパターンで構造化された光を意味する。本明細書において「光パターン情報」とは、光照射ユニット５０に所定の光パターンを出力させるための情報である。
【0060】
光源５２及び制御ミラー５４は、制御ミラー５４の駆動が光源５２の発光動作と同期されるように制御される。これにより、光源５２と制御ミラー５４とが協働して、任意の強度及び波長の光パターンを形成することができる。
【0061】
瞳投影レンズ５６は、図５に示すように、制御ミラー５４の反射光の光路上に配置される。瞳投影レンズ５６は、制御ミラー５４から放射状に広がる光パターンを平行光線に変換する。瞳投影レンズ５６としては、一般的な凸レンズなど、上記機能を満足する限り任意のレンズが使用可能である。
【0062】
結像レンズ５８は、制御ミラー５４の反射光の光路上で、瞳投影レンズ５６の下流に配置される。結像レンズ５８は、瞳投影レンズ５６によって平行光線に変換された光パターンを対物レンズ３２の後焦点位置に集光する。結像レンズ５８としては、一般的な凸レンズなど、上記機能を満足する限り任意のレンズが使用可能である。
【0063】
ダイクロイックミラー６０は、対物レンズ３２の下方に設けられ、制御ミラー５４の反射光の光路上で、結像レンズ５８の下流に配置される。ダイクロイックミラー６０は、対物レンズ３２の光学軸に対して略４５度の角度をなすように配置される。ダイクロイックミラー６０の傾きは、制御ミラー５４の基準配置における傾きと略一致する。
【0064】
ダイクロイックミラー６０は、特定の波長（例えば近赤外領域の波長）の光のみを反射し、その他の波長の光を透過させる。本実施形態では、ダイクロイックミラー６０は、光源５２が出力する波長の光を反射する。図５に示すように、ダイクロイックミラー６０は、光源５２及び制御ミラー５４により形成された光パターンを対物レンズ３２に向けて反射する。
【0065】
ダイクロイックミラー６０によって反射された光パターンは、対物レンズ３２によって試料面Ｓ（例えばウェルアレイ１０のバルブ膜１４）上に集光される。このようにして、光照射ユニット５０は、所定の光パターンをウェルアレイ１０に投射することにより、選択されたウェル２０に光を照射する。
【0066】
（制御ユニット７０）
図６及び図７を参照して、制御ユニット７０について説明する。図６は、一実施形態に係る選別システム１の機能構成を示すブロック図である。図７は、一実施形態に係る選別システム１のウェルアレイ１０の画像データＣと光パターン情報Ｐとの対応関係を示す模式図である。
図６及び図７を参照して、制御ユニット７０について説明する。図６は、一実施形態に係る選別システム１の機能構成を示すブロック図である。図７は、一実施形態に係る選別システム１のウェルアレイ１０の画像データＣと光パターン情報Ｐとの対応関係を示す模式図である。
【0067】
制御ユニット７０は、選別システム１を制御する。例えば、図１に示すように、制御ユニット７０は、画像センサ４０及び光照射ユニット５０に有線接続又は無線接続されて、画像センサ４０及び光照射ユニット５０の動作を制御する。図１では、制御ユニット７０が光源５２に接続されているが、それに加えて又はそれに代えて、制御ミラー５４などに接続されてもよい。
【0068】
図６に示すように、制御ユニット７０は、画像センサ４０及び光照射ユニット５０に接続されるとともに、入力部７２、処理部７４、出力部８４、及び記憶部８６を含む。これらは、制御ユニット７０として機能する１以上の情報処理装置が備えるプロセッサ、メモリ、ストレージ、入出力インタフェース、通信インタフェースなどのハードウェア構成との協働によって実現される機能部である。
【0069】
入力部７２は、制御ユニット７０への入力を受け付ける。例えば、入力部７２は、画像センサ４０からウェルアレイ１０の画像データＣを受け付ける。
【0070】
処理部７４は、入力部７２が受け付けた入力データの演算処理などを行う。処理部７４は、判定部７６、選択部７８、光パターン情報生成部８０、及び光照射制御部８２を含む。
【0071】
判定部７６は、画像センサ４０が取得したウェルアレイ１０の画像データＣなどに基づき、各ウェル２０が対象物である精子Ｔ１を含むか否かを判定する。例えば、図７の左図は画像センサ４０が取得したウェルアレイ１０の画像データＣの一例を示す。この画像データＣは、６個のウェル２０を示しており、精子Ｔ１は左上のウェル２０及び右下のウェル２０にのみ含まれている。判定部７６は、例えば画像データＣの画像認識を行うことにより、画像データＣの左上のウェル２０及び右下のウェル２０が精子Ｔ１を含むと判定するとともに、それ以外のウェル２０が精子Ｔ１を含まないと判定することができる。
【0072】
選択部７８は、判定部７６の判定結果に基づき、光照射ユニット５０により光を照射すべきウェル２０を選択する。例えば、選択部７８は、判定部７６により精子Ｔ１を含むと判定されたウェル２０を、光を照射すべきウェル２０として選択する。あるいは、選択部７８は、判定部７６により精子Ｔ１を含まないと判定されたウェル２０を、光を照射すべきウェル２０として選択してもよい。
【0073】
光パターン情報生成部８０は、選択部７８の選択結果に基づき、光を照射すべきウェル２０として選択されたウェル２０に対応する位置に光が照射され、光を照射すべきウェル２０として選択されなかったウェル２０に対応する位置に光が照射されないような光パターン情報Ｐを生成する。光パターン情報Ｐは、光を照射する位置が特定されていれば任意の形式で出力可能である。例えば、光パターン情報Ｐは、画像センサ４０が取得したウェルアレイ１０の画像データＣと略同じ大きさの二次元画像データであって、光を照射すべきウェル２０として選択されたウェル２０に対応する位置を白色で示し、それ以外の位置を黒色で示した画像データであってもよい。例えば、図７の右図は、図７の左図に示す画像データＣに基づいて生成される光パターン情報Ｐの一例を示す。選択部７８が判定部７６により精子Ｔ１を含むと判定されたウェル２０を、光を照射すべきウェル２０として選択した場合において、光パターン情報生成部８０は、判定部７６により精子Ｔ１を含むと判定された図７の左図の左上のウェル２０及び右下のウェル２０に対応する位置を光照射位置として白色で示し、それ以外の位置を黒色（ドットで示す）で示した、図７の右図のような光パターン情報Ｐを生成することができる。
【0074】
光照射制御部８２は、光パターン情報生成部８０により生成された光パターン情報Ｐに基づき、光照射ユニット５０を制御する。例えば、光照射制御部８２は、光パターン情報Ｐに対応する光パターンを形成するように光源５２及び制御ミラー５４を直接的又は間接的に制御する。光照射制御部８２は、光源５２や制御ミラー５４に内蔵された制御装置などにより実現されてもよい。
【0075】
出力部８４は、処理部７４における演算処理の結果などを出力する。例えば、出力部８４は、光パターン情報生成部８０により生成された光パターン情報Ｐを光照射ユニット５０に送信する。
【0076】
記憶部８６は、コンピュータのプロセッサに動作を実行させるプログラム８８などを記憶する。プログラム８８は、制御ユニット７０を構成するコンピュータのプロセッサに動作を実行させることができる。
【0077】
（回収ユニット９０）
回収ユニット９０は、図１に示すように、ウェルアレイ１０の回収口１８に接続されて、回収流路１６内のサンプル液を回収する。回収ユニット９０は、回収したサンプル液を収容する収容部９２と、サンプル液を回収流路１６から収容部内に引き込む吸引部９４と、を含む。回収ユニット９０としては、例えばシリンジポンプなど既知の任意の回収手段が利用可能である。
回収ユニット９０は、図１に示すように、ウェルアレイ１０の回収口１８に接続されて、回収流路１６内のサンプル液を回収する。回収ユニット９０は、回収したサンプル液を収容する収容部９２と、サンプル液を回収流路１６から収容部内に引き込む吸引部９４と、を含む。回収ユニット９０としては、例えばシリンジポンプなど既知の任意の回収手段が利用可能である。
【0078】
回収ユニット９０は、ウェルアレイ１０に着脱可能に取り付けられる部材として構成されてもよく、ウェルアレイ１０と着脱不可能に結合されてもよい。
【0079】
【0080】
まず図８Ａにおいて、画像センサ４０は、対物レンズ３２を通して、ＸＹ平面上のウェルアレイ１０の拡大像を画像データＣとして取得する。本実施形態では、基部１２の少なくとも下部１２ｂ及びバルブ膜１４が可視領域の光を少なくとも部分的に透過させるので、画像センサ４０は、下部１２ｂ及びバルブ膜１４を透過して対物レンズ３２に入射したウェル２０中のサンプル液からの光を検出し、画像データＣとして取得する。
【0081】
制御ユニット７０の入力部７２は、画像センサ４０から画像データＣを受け付ける。判定部７６は、画像データＣ中のウェル２０が対象物である精子Ｔ１を含むか否かを各ウェル２０について判定する。図８Ａの例では、判定部７６は、図示された４個のウェル２０のうち左から２番目及び４番目のウェル２０に精子Ｔ１が含まれ、それ以外のウェル２０には精子Ｔ１が含まれていないと判定する。選択部７８は、精子Ｔ１を含むと判定されたウェル２０を光照射対象として選択する。光パターン情報生成部８０は、精子Ｔ１を含むと判定されたウェル２０に光が照射され、それ以外のウェル２０に光が照射されないような光パターン情報Ｐを生成する。
【0082】
図８Ｂにおいて、光照射制御部８２は、生成された光パターン情報Ｐに基づく光パターンを形成するように光源５２及び制御ミラー５４を制御する。光源５２からの光は、制御ミラー５４に反射されて光パターン情報Ｐに対応する光パターンを形成し、瞳投影レンズ５６により平行光線に変換され、結像レンズ５８により集光され、ダイクロイックミラー６０により反射され、対物レンズ３２によりバルブ膜１４の近傍に集光される。光パターン情報Ｐによれば、精子Ｔ１を含むと判定されたウェル２０のみに光が照射され、精子Ｔ１を含まないと判定されたウェル２０には光が照射されない。したがって、図８Ｂの左から２番目及び４番目のウェル２０のバルブ２４のみに光が照射され、左から１番目及び３番目のウェル２０のバルブ２４には光が照射されない。
【0083】
図８Ｃにおいて、光が照射されたウェル２０のバルブ２４に含まれる光熱変換材料が光を吸収して熱を発生させ、発生した熱によりバルブ２４が加熱される。バルブ２４の温度がバルブ２４に含まれる形状記憶材料（「熱応答変形材料」の一例）の状態遷移温度以上になると、開口２２を閉鎖する形状に圧縮されていた形状記憶材料が、開口２２を開放する元の形状を回復する。これにより、バルブ２４が閉状態から開状態に変形するので、開口２２が開放され、図８Ｃに示すように、ウェル２０内の精子Ｔ１を含むサンプル液が回収流路１６へ流出する。
【0084】
図８Ｄにおいて、開状態のバルブ２４により開放された開口２２を通して回収流路１６へ流出したサンプル液が、回収ユニット９０により回収される。回収ユニット９０は、吸引部９４により回収流路１６内のサンプル液を収容部９２の内部に吸引することにより、サンプル液を回収する。
【0085】
このようにして、ウェルアレイ１０の各ウェル２０に収容されたサンプル液のうち精子Ｔ１を含むものを選別して、選択的に回収することができる。
【0086】
【0087】
まずステップ９０１では、精子Ｔ１を含むサンプル液（細胞懸濁液）がウェルアレイ１０の各ウェル２０に流し込まれる。ステップ９０２では、画像センサ４０がウェルアレイ１０の拡大像の画像データＣを取得する。
【0088】
ステップ９０３では、判定部７６が、画像データＣに基づき、各ウェル２０が精子Ｔ１を含むか否かを判定する。例えば、判定部７６の判定は、精子候補検出ステップ（９０４）と精子判定ステップ（９０５）とを含む。この判定手法は、精子が頭部と尻尾とを有する構造であることに基づく。
【0089】
精子候補検出ステップ９０４では、判定部７６は、精子Ｔ１の頭部の候補を検出する。判定部７６は、任意のエッジ検出処理により、画像データＣ中の細胞のエッジを検出する。例えば、微分干渉顕微鏡を用いる場合、判定部７６は、微分干渉顕微鏡により得られた画像データＣにおける輝度値の勾配が負の値となるピクセルを細胞のエッジとして検出することができる。判定部７６は、検出されたエッジに囲まれた各領域の面積を計算し、一定値以上の面積を有する領域を精子頭部の候補と判定する。判定部７６は、各領域の重心を精子頭部の位置に採用する。
【0090】
次いで、精子判定ステップ９０５では、判定部７６は、精子候補検出ステップ９０４により得られた各候補点について周辺ピクセルを切り出し、その画像に対して、精子の尻尾の有無により精子か否かの判定を行う。判定部７６は、任意の手法により、切り出した周辺ピクセルに細胞が存在するか否かを判定する。例えば、微分干渉顕微鏡を用いる場合、判定部７６は、輝度値の勾配が正の値となるピクセルを細胞が存在するピクセルとみなすことができる。上記判定に基づき、判定部７６は、精子頭部の候補に連なる尻尾が存在するかを判定する。次いで、判定部７６は、尻尾が存在すると判定された精子細胞候補のピクセルの座標の分散共分散行列を求め、その固有値を計算する。この固有値は細胞の長径及び短径に相当する値である。したがって、判定部７６は、小さい方の固有値が一定値以下である場合には、その精子細胞候補が精子であると判定し、そうでない場合には精子ではないと判定する。判定部７６は、このような判定処理を各精子細胞候補に対して行うことにより、各ウェル２０に精子Ｔ１が含まれているか否かを判定することができる。
【0091】
なお、ウェル２０を特定及び識別するためのラベルが各ウェル２０の任意の部分に付加されてもよい。例えば、ウェルアレイ１０の製造時に、ウェル２０ごとに異なる識別ラベルが各ウェル２０のエッジ部分などに形成されてもよい。判定部７６は、画像認識処理において画像データＣからウェル２０の識別ラベルを読み取ることにより、ウェル２０を識別することができる。
【0092】
ステップ９０６では、選択部７８が、ステップ９０３～９０５の判定部７６の判定結果に基づき、光照射の対象とするウェル２０を選択する。ステップ９０７では、光パターン情報生成部８０が、ステップ９０６の選択結果に基づき、選択されたウェル２０に光が照射され、選択されていないウェル２０には光が照射されないような光パターン情報Ｐを生成する。
【0093】
ステップ９０８では、光照射制御部８２が、光パターン情報Ｐに対応する光パターンを形成するように光源５２及び制御ミラー５４を制御する。ステップ９０９では、ステップ９０８の結果として、光照射ユニット５０が、光パターン情報Ｐに対応する光パターンをウェルアレイ１０上に照射する。これにより、選択部７８により選択されたウェル２０に光が照射される。
【0094】
ステップ９１０では、光が照射されたウェル２０のバルブ２４が閉状態から開状態に変形する。ステップ９１１では、光が照射されたウェル２０内のサンプル液が、開状態のバルブ２４により開放された開口２２を通って回収流路１６へ流出する。ステップ９１２では、回収ユニット９０が、回収流路１６内のサンプル液を回収する。
【0095】
このようにして、選別システム１は、ウェルアレイ１０のサンプル液から精子Ｔ１を選別し、必要に応じて回収することができる。上記動作のうち少なくともステップ９０２～９１１は、コンピュータ制御により自動化することが可能である。必要に応じてウェルアレイ１０及び／又は回収ユニット９０をコンピュータで駆動制御することにより、ステップ９０１及び９１２を自動化してもよい。
【0096】
このような制御を行うプログラムは、コンピュータのプロセッサに動作を実行させるプログラムであって、プロセッサに、画像センサ４０により取得されたウェルアレイ１０の画像データＣを受け付けるステップと、画像データＣに基づき、各ウェル２０が対象物を含むか否かを判定するステップと、判定結果に基づき、光照射の対象とするウェル２０を選択するステップと、選択結果に基づき、光照射ユニット５０に、光照射の対象として選択されたウェル２０へ光を照射させるステップと、を実行させることができる。選択結果に基づき、光照射ユニット５０に、光照射の対象として選択されたウェル２０へ光を照射させるステップは、選択結果に基づき、選択されたウェル２０に光が照射され、選択されていないウェル２０に光が照射されないような光パターン情報Ｐを生成するステップと、光パターン情報Ｐに対応する光パターンを形成するように光源５２及び制御ミラー５４を制御するステップと、を含むことができる。
【0097】
このような制御を行う情報処理装置は、制御部を備え、制御部は、画像センサ４０により取得されたウェルアレイ１０の画像データＣを受け付けるステップと、画像データＣに基づき、各ウェル２０が対象物を含むか否かを判定するステップと、判定結果に基づき、光照射の対象とするウェル２０を選択するステップと、選択結果に基づき、光照射ユニット５０に、光照射の対象として選択されたウェル２０へ光を照射させるステップと、を実行することができる。
【0098】
［効果］
以上の実施形態によれば、対象物を選別するためのウェルアレイであって、複数のウェルを備え、各ウェルは、少なくとも底部に開口及びバルブを有し、バルブは、光照射に応答して開口を閉鎖する閉状態と開口を開放する開状態との間で変形可能である、ウェルアレイが提供される。また、対象物を選別するためのシステムであって、ウェルアレイと、ウェルが対象物を含むか否かを判定する判定部と、判定結果に基づき複数のウェルの一部又は全部を選択する選択部と、を含む制御ユニットであって、選択されたウェルに光を照射するように光照射ユニットを制御する制御ユニットと、を備えるシステムが提供される。また、対象物を選別するための方法であって、ウェルアレイに、対象物を含むサンプルを充填するステップと、複数のウェルのうち対象物を含むウェルを判定するステップと、判定結果に基づき複数のウェルの一部又は全部を選択するステップと、選択されたウェルに光を照射するステップと、を含む方法が提供される。
以上の実施形態によれば、対象物を選別するためのウェルアレイであって、複数のウェルを備え、各ウェルは、少なくとも底部に開口及びバルブを有し、バルブは、光照射に応答して開口を閉鎖する閉状態と開口を開放する開状態との間で変形可能である、ウェルアレイが提供される。また、対象物を選別するためのシステムであって、ウェルアレイと、ウェルが対象物を含むか否かを判定する判定部と、判定結果に基づき複数のウェルの一部又は全部を選択する選択部と、を含む制御ユニットであって、選択されたウェルに光を照射するように光照射ユニットを制御する制御ユニットと、を備えるシステムが提供される。また、対象物を選別するための方法であって、ウェルアレイに、対象物を含むサンプルを充填するステップと、複数のウェルのうち対象物を含むウェルを判定するステップと、判定結果に基づき複数のウェルの一部又は全部を選択するステップと、選択されたウェルに光を照射するステップと、を含む方法が提供される。
【0099】
このような構成によれば、ウェルアレイの各ウェルの開口を選択的に開放することができるので、選択したウェル内のサンプル液のみを選別し、回収することができる。また、複数のウェルを並列的に処理できるので、選別処理や回収処理を高速で行うことができ、手術時間の短縮、ひいては患者及び胚培養士の負荷の軽減に繋がる。また、光によるウェルのバルブ制御が可能であるので、高い空間分解能及び時間分解能でウェルを制御することができる。したがって、上記構成によれば、対象物を効率よく選別できる。
【0100】
また、上記構成によれば、高速の流れを利用して細胞選別を行うセルソーターなどの手法に比べて、細胞を高速の流れに曝さないことで対象物へのダメージを最小限に抑えられる。また、画像認識精度が十分である限り、選別エラーが生じにくく、対象物の選別及び回収の確実性が高い。さらに、選別システムが全体として比較的安価な構成で実現可能であるので、患者ごとの使い捨ても容易である。画像取得、画像認識による対象物の存在判定、及び光照射対象の選択がコンピュータ制御可能な一連の処理として実現可能であるので、全体処理の自動化も容易である。
【0101】
一実施形態によれば、バルブは、光が照射されたことに応答して熱を発生させる光熱変換材料と、所定温度以上の温度で所定形状に変形する熱応答変形材料と、を含む。光熱変換材料が光照射ユニットからの光に応答して熱を発生させ、熱応答変形材料が熱に応答して所定形状に変形することによりバルブが閉状態から開状態に変形する。熱応答変形材料は、状態遷移温度以上の温度で所定形状を回復する形状記憶材料であり、形状記憶材料は、状態遷移温度以上の温度に応答して、開口を閉鎖する形状から開口を開放する所定形状に変形する。このような構成によれば、簡易な構成で光応答性の開閉可能なバルブを実現することができる。一般に熱を局所的に加えるよりも光を局所的に照射する方が容易であるため、光照射に応答して変形するバルブを採用することにより、選別システムの操作性及び確実性を向上させることができる。
【0102】
一実施形態によれば、形状記憶材料は、生体適合性を有する形状記憶ポリマーであり、形状記憶材料の状態遷移温度が２５℃～３５℃である。このような構成によれば、生体由来の細胞に対するダメージを抑制することができる。特に、バルブを閉状態から開状態に変形させるためには状態遷移温度以上の温度に加熱する必要があるので、状態遷移温度が上記範囲内である形状記憶ポリマーを使用することにより、加熱時の細胞へのダメージを最小限に抑えることができる。
【0103】
一実施形態によれば、複数のウェルを形成する複数の孔を有する基部と、前記複数の孔を覆うように設けられたバルブ膜であって、複数の孔の各々に対応する位置にバルブが形成されたバルブ膜と、を備える。このような構成によれば、１枚のシート（バルブ膜）で各ウェルのバルブをまとめて形成することができるので、効率的である。
【0104】
一実施形態によれば、各ウェルは、生体分子である対象物を１分子だけ収容できる大きさである。このような構成によれば、一つのウェルに入る対象物（生体分子）の数を１分子に制限することで、サンプル液の純度を向上させることができる。
【0105】
一実施形態によれば、対象物が精子である。このような構成によれば、Ｍｉｃｒｏ－ＴＥＳＥにおける精子の探索及び回収の効率性を格段に向上させることができる。既知の細胞回収技術をＭｉｃｒｏ－ＴＥＳＥに適用した場合、低侵襲性（すなわち精子へのダメージが低いこと）、処理の高速性及び確実性、並びにシステムの安価性といった要求特性のうち少なくとも一つに難点がある。これに対し、本実施形態に係る選別システムによれば、これらの要求特性を十分に満足することができる。また、精子をウェルに閉じ込めることにより、精子の運動を制限することができ、回収の効率性を向上させることができる。
【0106】
一実施形態によれば、制御ユニットは、複数のウェルのうち対象物を含むと判定されたウェル及び対象物を含まないと判定されたウェルの一方に対応する位置に光が照射され、他方に対応する位置に光が照射されない光パターン情報を生成するパターン生成部と、光パターン情報に基づき光照射ユニットを制御する光照射制御部と、を含む。このような構成によれば、光パターン情報を生成することにより、複数のウェルに対して並列的に光照射を行うことができるので、高速処理が可能である。
【0107】
一実施形態によれば、制御ユニットは、画像センサから複数のウェルの画像を取得し、判定部は、画像認識により、取得した画像中の各ウェルに対象物が含まれるか否かを判定する。このような構成によれば、対象物を含むウェルの識別処理を自動化することができる。また、画像センサを使用することにより、対象物を観察しながら選別及び回収処理を行うことができる。
【0108】
一実施形態によれば、画像センサは、ウェルアレイに向けられた対物レンズを通して複数のウェルの画像を取得し、光照射ユニットは、対物レンズを通して選択されたウェルに光を照射する。光照射ユニットは、光源と、光源からの光を光パターンに変換するように駆動される制御ミラーと、を含む。このような構成によれば、共通の対物レンズを通して画像取得及び光パターンの照射が行われるので、処理の確実性が向上する。
【0109】
一実施形態によれば、開状態のバルブにより開放された開口を通して対象物を回収する回収ユニットをさらに備える。このような構成によれば、対象物の検出と回収処理とを同時に行うことができるので、効率的である。
【0110】
［変形例］
上記例では、基部１２の上部１２ａの下面を覆うようにバルブ膜１４を設けることによりバルブ２４が形成されるが、本発明はこれに限定されない。例えば、各ウェル２０に個別にバルブの機能を果たす光応答性開閉部材が設けられてもよい。例えば、基部１２と各ウェル２０の底部のバルブ２４とを、例えば３Ｄプリンタの多色成型などにより、一体的に製造してもよい。
上記例では、基部１２の上部１２ａの下面を覆うようにバルブ膜１４を設けることによりバルブ２４が形成されるが、本発明はこれに限定されない。例えば、各ウェル２０に個別にバルブの機能を果たす光応答性開閉部材が設けられてもよい。例えば、基部１２と各ウェル２０の底部のバルブ２４とを、例えば３Ｄプリンタの多色成型などにより、一体的に製造してもよい。
【0111】
上記例では、選択部７８は、精子Ｔ１を含むと判定されたウェル２０を光照射対象として選択しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、選択部７８は、精子Ｔ１を含まないと判定されたウェル２０を光照射対象として選択してもよい。この場合、精子Ｔ１を含まないと判定されたウェル２０に光が照射されて、これらのウェル２０のバルブ２４が開状態となるので、これらのウェル２０内のサンプル液は回収ユニット９０により回収される。一方、精子Ｔ１を含むと判定されたウェル２０のバルブ２４は閉状態のままで維持される。したがって、精子Ｔ１を含むサンプル液のみがウェルアレイ１０に残存するので、引き続き観察などを行うことができる。
【0112】
上記技術の応用例として、細胞塊など任意の材料から構造体（例えば３次元積層構造体）を製造する装置及び方法について説明する。
本態様に係る構造体製造装置は、複数の開口が形成されたピックアップ装置であって、光照射に応答して開口を閉鎖する閉状態と開口を開放する開状態との間で変形可能であるバルブが各開口に対応する位置に設けられたピックアップ装置と、ピックアップ装置に接続された陰圧源と、を備える。構造体製造装置は、ピックアップ装置と離間した、構造体を積層成形する基板をさらに備える。ピックアップ装置は、開口及び陰圧源との接続部を除き、外界から密閉可能に構成され得る。
本態様に係る構造体製造装置は、複数の開口が形成されたピックアップ装置であって、光照射に応答して開口を閉鎖する閉状態と開口を開放する開状態との間で変形可能であるバルブが各開口に対応する位置に設けられたピックアップ装置と、ピックアップ装置に接続された陰圧源と、を備える。構造体製造装置は、ピックアップ装置と離間した、構造体を積層成形する基板をさらに備える。ピックアップ装置は、開口及び陰圧源との接続部を除き、外界から密閉可能に構成され得る。
【0113】
ピックアップ装置は、上記のように底部に開口及びバルブを有する複数のウェルが敷き詰められたウェルアレイを含んでもよい。一態様では、ピックアップ装置の底面には、各ウェルに対応する形状の突出部が下方に突出するように設けられ、その底部（突出部の下端）にバルブが設けられてもよい。あるいは、ピックアップ装置は、バルブが設けられた開口が敷き詰められたバルブアレイを含んでもよい。この場合、ピックアップ装置の底面は、複数のバルブが設けられた平坦面であってもよい。
【0114】
ピックアップ装置は、陰圧源によって陰圧を印加されることにより、バルブが開状態である開口を通じて吸引を行うことができる。これにより、ピックアップ装置は、縦横に並んだバルブのうち開状態のバルブの位置のみにおいて、開口よりも大きい材料（例えば、開口よりも大きな幅を有する細胞塊）を開口の周りに吸着させることができる。ピックアップ装置の各バルブは個別に光照射で開閉を制御できるので、ピックアップ装置は、任意のパターンで材料を吸着させることができる。材料を吸着させた状態で基板上へ運び、そこで陰圧を解除することにより、ピックアップ装置は、任意のパターンで材料を基板上に配置することができる。この操作を繰り返すことにより、１層ごとに異なる配置で材料を基板上に積層して、任意の形状の構造体を製造することができる。これにより、細胞塊などの材料を１個ずつ配置する場合と比較して、１層ごとの配置が可能であるので、構造体の製造スピードを格段に向上させることができる。なお、基板上で材料を固定するために、基板面に固定具（例えば、上向きの多数の針状部材）が設けられてもよい。
【0115】
ピックアップ装置により材料の吸着を行う際には、吸着前に材料の画像を画像センサで取得して画像認識を行い、ピックアップすべき材料の部分を判定・選別することもできる。例えば、ピックアップ対象である多数の細胞塊のうち、各細胞塊がピックアップに適しているか否かを画像認識によって個別に判定し、ピックアップに適した細胞塊に対応するバルブのみに光照射を行って開状態に変形させることができる。なお、ピックアップ装置は、構造体を製造するためだけでなく、基板上に配置された複数の細胞塊などの材料を選択的に採集する採集装置としても使用することができる。この場合も、画像認識により採集すべき材料を選別し、選択的にバルブを開状態に変形させることにより、採集に適した材料のみを選択的に採集することができる。
【0116】
本態様に係る構造体製造方法は、上記構造体製造装置を用意するステップと、ピックアップ装置のバルブの一部又は全部を選択するステップと、選択されたバルブに光を照射するステップと、陰圧源によりピックアップ装置に陰圧を印加するステップと、ピックアップ装置の開口に材料を吸着させるステップと、吸着させた材料を基板上に運ぶステップと、陰圧を解除することにより吸着させた材料を基板上に配置するステップと、を含むことができる。上記ステップを繰り返すことにより、３次元構造体を製造することができる。
【実施例0117】
【0118】
［実施例１］
市販のＭＥＭＳミラー装置とデジタル顕微鏡とを組み合わせて、マイクロ光パターンの形成実験を行った。図１０Ａは、実施例１に係る光パターン情報を示す図である。図１０Ａに示すような光パターン情報をテストパターンとして用意し、ＭＥＭＳミラー装置及びデジタル顕微鏡を用いて、図１０Ａの光パターン情報に対応する光パターンをカバーガラス上に投影した。図１０Ａの光パターンは、様々な大きさの正方形を含み、左上の縦横２００ピクセルの正方形から始まって、１９０ピクセル→１８０ピクセル→……と、縦横１０ピクセルの正方形（最下段の左から３番目）まで１０ピクセルずつ小さくなっている。縦横１０ピクセルの正方形からは、１ピクセルずつ小さくなっている。
市販のＭＥＭＳミラー装置とデジタル顕微鏡とを組み合わせて、マイクロ光パターンの形成実験を行った。図１０Ａは、実施例１に係る光パターン情報を示す図である。図１０Ａに示すような光パターン情報をテストパターンとして用意し、ＭＥＭＳミラー装置及びデジタル顕微鏡を用いて、図１０Ａの光パターン情報に対応する光パターンをカバーガラス上に投影した。図１０Ａの光パターンは、様々な大きさの正方形を含み、左上の縦横２００ピクセルの正方形から始まって、１９０ピクセル→１８０ピクセル→……と、縦横１０ピクセルの正方形（最下段の左から３番目）まで１０ピクセルずつ小さくなっている。縦横１０ピクセルの正方形からは、１ピクセルずつ小さくなっている。
【0119】
図１０Ｂは、５倍の対物レンズを用いてテストパターンを照射した場合の反射光を撮影した写真である。図１０Ｃは、２０倍の対物レンズを用いてテストパターンを照射した場合の反射光を撮影した写真である。どの程度のサイズまで光パターンを照射できるかを確認すると、図１０Ｃの２０ピクセルの正方形（最下段の左から２番目）までは鮮明に表示されていた。この正方形の大きさは２０μｍ四方程度であるので、実施例１の構成によれば、少なくとも２０μｍ程度の小さな光パターンを照射できることが確認された。
【0120】
［実施例２］
次いで、５００μｍ四方の大きさのウェルが並んだマイクロウェルアレイに対して、マイクロ光パターンの形成実験を行った。図１１Ａは、実施例２に係る光パターン情報を示す図である。図１１Ａに示すような光パターン情報をテストパターンとして用意し、ＭＥＭＳミラー装置及びデジタル顕微鏡を用いて、図１１Ａの光パターン情報に対応する光パターンをマイクロウェルアレイ上に投影した。
次いで、５００μｍ四方の大きさのウェルが並んだマイクロウェルアレイに対して、マイクロ光パターンの形成実験を行った。図１１Ａは、実施例２に係る光パターン情報を示す図である。図１１Ａに示すような光パターン情報をテストパターンとして用意し、ＭＥＭＳミラー装置及びデジタル顕微鏡を用いて、図１１Ａの光パターン情報に対応する光パターンをマイクロウェルアレイ上に投影した。
【0121】
図１１Ｂは、テストパターンが照射されたマイクロウェルアレイを撮影した写真である。図１１Ａの光パターン情報に対応する位置に光が投影されていることが確認された。光が当たっている様子をより鮮明に示すため、暗視野で撮影した写真を図１１Ｃに示す。
【0122】
［実施例３］
４００μｍ四方、６００μｍ四方、及び８００μｍ四方の窪みが形成された３種類の形状記憶ポリマー製シート（ＳＭＰシート）を用意した。図１２Ａは、４００μｍ四方の窪みが形成されたＳＭＰシートの初期状態を示す写真であり、縦方向に９個の正方形の窪みが形成されている。このＳＭＰシートを恒温装置で６０℃まで加熱し、予め６０℃に加熱しておいた２枚のアルミニウム板でＳＭＰシートを挟み込み、万力で圧縮した。次いで、アルミニウム板を水で冷却することにより、ＳＭＰシートを状態遷移温度以下の温度まで冷却した。図１２Ｂは、図１２ＡのＳＭＰシートの圧縮状態を示す写真である。図１２Ｂに示すように、加熱圧縮によって、ＳＭＰシートは、窪みが潰れるように変形した。次いで、アルミヒーターによってＳＭＰシートの温度を４５℃程度まで上昇させた。図１２Ｃは、図１２ＡのＳＭＰシートの回復状態を示す写真である。図１２Ｃに示すように、再加熱によって、ＳＭＰシートは、窪みの形状を回復した。
４００μｍ四方、６００μｍ四方、及び８００μｍ四方の窪みが形成された３種類の形状記憶ポリマー製シート（ＳＭＰシート）を用意した。図１２Ａは、４００μｍ四方の窪みが形成されたＳＭＰシートの初期状態を示す写真であり、縦方向に９個の正方形の窪みが形成されている。このＳＭＰシートを恒温装置で６０℃まで加熱し、予め６０℃に加熱しておいた２枚のアルミニウム板でＳＭＰシートを挟み込み、万力で圧縮した。次いで、アルミニウム板を水で冷却することにより、ＳＭＰシートを状態遷移温度以下の温度まで冷却した。図１２Ｂは、図１２ＡのＳＭＰシートの圧縮状態を示す写真である。図１２Ｂに示すように、加熱圧縮によって、ＳＭＰシートは、窪みが潰れるように変形した。次いで、アルミヒーターによってＳＭＰシートの温度を４５℃程度まで上昇させた。図１２Ｃは、図１２ＡのＳＭＰシートの回復状態を示す写真である。図１２Ｃに示すように、再加熱によって、ＳＭＰシートは、窪みの形状を回復した。
【0123】
上記の経過観察と並行して、初期状態、圧縮状態、及び回復状態におけるＳＭＰシートの窪みの入口の面積及び窪みの深さ（高さ）を、３Ｄ測定レーザ顕微鏡で撮影した３次元画像及び画像解析ソフトウェアで算出し、定量的な形状比較を行った。
【0124】
図１３Ａは、窪みの大きさが異なる３種類のＳＭＰシートについて、初期状態と回復状態との窪みの入口の面積（ウェルの入口の面積に相当）の比を示す。図１３Ａから、窪みの大きさに関係なく、面積比（回復状態／初期状態）が０．９～１．１の範囲内に収まっており、１に近い値を取ることが確認された。したがって、状態遷移温度以上の温度までの加熱によって９０％程度の形状回復が生じたことが確認された。
【0125】
図１３Ｂは、３種類のＳＭＰシートについて、圧縮状態と回復状態との窪みの入口の面積の比を示す。図１３Ｂから、いずれのＳＭＰシートにおいても面積比（回復状態／圧縮状態）が１より大きい値を取ることが確認された。特に４００μｍ四方の窪みを有するＳＭＰシートにおける面積比は約３．５倍であったことから、大きな形状変化が生じたことが確認された。
【0126】
図１３Ｃは、３種類のＳＭＰシートについて、初期状態と回復状態との窪みの高さの比を示す。図１３Ｃから、窪みの大きさに関係なく、高さ比（回復状態／初期状態）が０．９～１．２程度の範囲内に収まっており、１に近い値を取ることが確認された。したがって、窪みの高さに関しても、状態遷移温度以上の温度までの加熱によって形状回復が生じたことが確認された。
【0127】
図１３Ｄは、３種類のＳＭＰシートについて、圧縮状態と回復状態との窪みの高さの比を示す。図１３Ｄから、いずれのＳＭＰシートにおいても高さ比（回復状態／圧縮状態）が少なくとも１．５倍の高さの変化が生じたことが確認された。
【0128】
［実施例４］
バルブ膜としての利用を想定した光応答性ポリマーシートを製造し、光パターンを照射して温度変化を測定した。光応答性ポリマーシートは、厚さ１００μｍのＳＭＰシートの表面に油性マーカで黒色インクを塗布したものを使用した。光応答性ポリマーシートに、黒色インクを塗布した面と反対側から、出力９０ｍＷで直径８００μｍの円形又は直径４００μｍの円形の光パターンを照射し、黒色インクを塗布した面上の温度変化をサーモカメラで観察した。
バルブ膜としての利用を想定した光応答性ポリマーシートを製造し、光パターンを照射して温度変化を測定した。光応答性ポリマーシートは、厚さ１００μｍのＳＭＰシートの表面に油性マーカで黒色インクを塗布したものを使用した。光応答性ポリマーシートに、黒色インクを塗布した面と反対側から、出力９０ｍＷで直径８００μｍの円形又は直径４００μｍの円形の光パターンを照射し、黒色インクを塗布した面上の温度変化をサーモカメラで観察した。
【0129】
図１４Ａは、光応答性ポリマーシートに投影した直径８００μｍの円形の光パターンを示す図である。図１４Ｂは、図１４Ａの光パターンが照射された後にサーモカメラで観察した光応答性ポリマーシートの面上の温度分布を示す図である。図１４Ｂにおいてａで示す円形の光パターンの中心部の温度が２８．９℃程度まで上昇し、最大温度変化は約６．０℃であったことが確認された。
【0130】
図１４Ｃは、光応答性ポリマーシートに投影した直径４００μｍの円形の光パターンを示す図である。図１４Ｄは、図１４Ｃの光パターンが照射された後にサーモカメラで観察した光応答性ポリマーシートの面上の温度分布を示す図である。図１４Ｄにおいてａで示す円形の光パターンの中心部の温度が２４．９℃程度まで上昇し、最大温度変化は約１．９℃であったことが確認された。
【0131】
［実施例５］
閉状態の光応答性ポリマーシートに光パターンを照射することにより、閉状態から開状態に変形させることができるか否かの確認実験を行った。ＳＭＰシートに直径約２００μｍの孔を開け、加熱した状態でＳＭＰシートを圧縮することにより孔を塞いだ。その状態のＳＭＰシートの表面に黒インクを塗布することにより、光応答性ポリマーシートを製造した。サーモチャンバ内で温度を３０℃に保ちながら、光応答性ポリマーシートの黒インクを塗布した面と反対側から、出力９０ｍＷで直径８００μｍの円形又は直径４００μｍの円形の光パターンを孔の位置に１０秒間照射した。
閉状態の光応答性ポリマーシートに光パターンを照射することにより、閉状態から開状態に変形させることができるか否かの確認実験を行った。ＳＭＰシートに直径約２００μｍの孔を開け、加熱した状態でＳＭＰシートを圧縮することにより孔を塞いだ。その状態のＳＭＰシートの表面に黒インクを塗布することにより、光応答性ポリマーシートを製造した。サーモチャンバ内で温度を３０℃に保ちながら、光応答性ポリマーシートの黒インクを塗布した面と反対側から、出力９０ｍＷで直径８００μｍの円形又は直径４００μｍの円形の光パターンを孔の位置に１０秒間照射した。
【0132】
図１５Ａは、直径８００μｍの円形の光パターンを照射する前の光応答性ポリマーシートの写真である。図１５Ｂは、光パターンを照射した後の光応答性ポリマーシートの写真である。図１５Ａでは光応答性ポリマーシートの孔が塞がって何も見えないのに対し、図１５Ｂでは光照射に応答して閉じていた孔が広がり、光応答性ポリマーシートが閉状態から開状態に変形したことが確認された。
【0133】
図１５Ｃは、直径４００μｍの円形の光パターンを照射する前の光応答性ポリマーシートの写真である。図１５Ｄは、光パターンを照射した後の光応答性ポリマーシートの写真である。図１５Ａ及び図１５Ｂと同様に、図１５Ｃでは光応答性ポリマーシートの孔が塞がって何も見えないのに対し、図１５Ｄでは光照射に応答して閉じていた孔が広がり、光応答性ポリマーシートが閉状態から開状態に変形したことが確認された。
【0134】
［実施例６］
閉状態の光応答性ポリマーシートに複数のスポットを含む光パターンを照射することにより、光応答性ポリマーシートの複数の孔を並列的に閉状態から開状態に変形させることができるか否かの確認実験を行った。複数の孔を格子状に形成した点を除き、実施例５と同様にして光応答性ポリマーシートを製造し、Ｔ字状に並んだ５個の円形スポットを含む光パターンを孔の位置に合わせて照射した。
閉状態の光応答性ポリマーシートに複数のスポットを含む光パターンを照射することにより、光応答性ポリマーシートの複数の孔を並列的に閉状態から開状態に変形させることができるか否かの確認実験を行った。複数の孔を格子状に形成した点を除き、実施例５と同様にして光応答性ポリマーシートを製造し、Ｔ字状に並んだ５個の円形スポットを含む光パターンを孔の位置に合わせて照射した。
【0135】
図１６Ａは、光パターンを照射する前の光応答性ポリマーシートの写真である。図１６Ｂは、光パターンを照射した後の光応答性ポリマーシートの写真である。図１６Ａでは光応答性ポリマーシートの孔が塞がって何も見えないのに対し、図１６ＢではＴ字状に並んだ光パターンの照射に応答して、光が照射された各位置の５個の孔がそれぞれ広がり、光応答性ポリマーシートの複数の孔が並列的に閉状態から開状態に変形したことが確認された。
【0136】
以上のとおり、上記構成によって、光照射に応答して閉状態の１以上の孔を開状態に変形させることのできる光応答性ポリマーシートが得られた。また、このような光応答性ポリマーシートを用いることにより、複数の孔（バルブ）を選択的に閉状態から開状態に変形させることができることが確認された。
【0137】
【0138】
［実施例７］
本実施例では、実際にマイクロウェルアレイ１００を作成した。図１７は、作成したマイクロウェルアレイ１００の分解模式図である。図１７に示すように、ＰＤＭＳ製のウェルアレイ上部１１０（基部１２の上部１２ａに対応）、ポリ－（ε－カプロラクトン）製のバルブ膜１２０（バルブ膜１４に対応）、並びに、ＰＤＭＳ及びシクロオレフィンポリマー製のチャンバ１３０（基部１２の下部１２ｂに対応）を用意した。ウェルアレイ上部１１０は、光造形３次元プリンタで作成したマイクロスケールの鋳型に、成形材料を流し込んで硬化することにより作成した。チャンバ１３０は、まず鋳型を用いてＰＤＭＳ製の外枠を作成した後、厚さ１００μｍのシクロオレフィンポリマーで底面を密閉することにより作成した。チャンバ１３０には、真空ポンプなどに接続可能な回収流路１３２（回収流路１６に対応）を形成した。ウェルアレイ上部１１０、バルブ膜１２０、及びチャンバ１３０を組み立てることにより、マイクロウェルアレイ１００を作成した。図１８は、作成したマイクロウェルアレイ１００の写真である。
本実施例では、実際にマイクロウェルアレイ１００を作成した。図１７は、作成したマイクロウェルアレイ１００の分解模式図である。図１７に示すように、ＰＤＭＳ製のウェルアレイ上部１１０（基部１２の上部１２ａに対応）、ポリ－（ε－カプロラクトン）製のバルブ膜１２０（バルブ膜１４に対応）、並びに、ＰＤＭＳ及びシクロオレフィンポリマー製のチャンバ１３０（基部１２の下部１２ｂに対応）を用意した。ウェルアレイ上部１１０は、光造形３次元プリンタで作成したマイクロスケールの鋳型に、成形材料を流し込んで硬化することにより作成した。チャンバ１３０は、まず鋳型を用いてＰＤＭＳ製の外枠を作成した後、厚さ１００μｍのシクロオレフィンポリマーで底面を密閉することにより作成した。チャンバ１３０には、真空ポンプなどに接続可能な回収流路１３２（回収流路１６に対応）を形成した。ウェルアレイ上部１１０、バルブ膜１２０、及びチャンバ１３０を組み立てることにより、マイクロウェルアレイ１００を作成した。図１８は、作成したマイクロウェルアレイ１００の写真である。
【0139】
［実施例８］
実施例７で作成したマイクロウェルアレイ１００を用いて、実際に播種されたマイクロビーズが観察可能であることを確認した。まず、マイクロウェルアレイ１００を、光学顕微鏡上に設置されたインキュベータ内に配置した。精子や小さめの細胞と同程度の大きさを有するφ１１μｍの透明マイクロビーズを、ウェルアレイ上部１１０のウェルに播種した。チャンバ１３０内を満たす媒質は、空気とした。顕微鏡で、チャンバ１３０側から、ウェルアレイ上部１１０に播種されたマイクロビーズの観察を試みた（倍率１０倍）。
実施例７で作成したマイクロウェルアレイ１００を用いて、実際に播種されたマイクロビーズが観察可能であることを確認した。まず、マイクロウェルアレイ１００を、光学顕微鏡上に設置されたインキュベータ内に配置した。精子や小さめの細胞と同程度の大きさを有するφ１１μｍの透明マイクロビーズを、ウェルアレイ上部１１０のウェルに播種した。チャンバ１３０内を満たす媒質は、空気とした。顕微鏡で、チャンバ１３０側から、ウェルアレイ上部１１０に播種されたマイクロビーズの観察を試みた（倍率１０倍）。
【0140】
図１９は、播種されたマイクロビーズを顕微鏡で観察した写真である。図１９において矢印で示すように、マイクロウェルアレイ１００の底面側から、ウェル内に播種したマイクロビーズが明瞭に観察された。これにより、マイクロウェルアレイ１００の底面やバルブ膜１２０が、可視光領域でウェル内を観察するのに十分な透明性を有することが確認された。また、顕微鏡倍率１０倍で１１μｍのビーズが観察できたので、マイクロウェルアレイ１００が精子や胚様体などの観察に適することが確認された。
【0141】
上記の観察している状態において、マイクロウェルアレイ１００の底面側から所定の光パターンでレーザを照射した。その結果、視野内のウェルの底面すべてに光照射が可能であることが確認された。
【0142】
［実施例９］
バルブ膜１２０としての利用を想定した光応答性ポリマーシートを製造し、光パターンを照射して温度変化を測定した。ポリ－（ε－カプロラクトン）製の光応答性ポリマーシート上に油性マーカで黒色インクを塗布するとともに、光応答性ポリマーシート上の黒色インクを塗布した部分とは別の部分に銀ナノ粒子（ＡｇＮＰ）を塗布した。銀ナノ粒子は、銀ナノ粒子の水溶液をポリマーシート上で自然乾燥させることによって塗布した。使用した銀ナノ粒子の吸収ピーク波長は、６６０ｎｍであった。
バルブ膜１２０としての利用を想定した光応答性ポリマーシートを製造し、光パターンを照射して温度変化を測定した。ポリ－（ε－カプロラクトン）製の光応答性ポリマーシート上に油性マーカで黒色インクを塗布するとともに、光応答性ポリマーシート上の黒色インクを塗布した部分とは別の部分に銀ナノ粒子（ＡｇＮＰ）を塗布した。銀ナノ粒子は、銀ナノ粒子の水溶液をポリマーシート上で自然乾燥させることによって塗布した。使用した銀ナノ粒子の吸収ピーク波長は、６６０ｎｍであった。
【0143】
作成したチャンバ１３０に上記の光応答性ポリマーシートを載せた。何も塗布しなかった第１部分、黒色インクを塗布した第２部分、及び銀ナノ粒子を塗布した第３部分の３カ所について、同一照明条件における明視野画像を顕微鏡で観察した（倍率１０倍）。次いで、出力設定１１０ｍＷ、顕微鏡倍率１０倍で、直径２００μｍの光パターンをレーザ（波長６６０ｎｍ）で第１部分、第２部分、及び第３部分に照射し、サーモグラフィカメラを用いて各部分の温度変化を測定した。
【0144】
図２０は、第１部分（左）、第２部分（中央）、及び第３部分（右）の顕微鏡写真と、それに対応するサーモグラフィカメラで観察した光応答性ポリマーシートの面上の温度分布と、を示す図である。顕微鏡写真を参照すると、黒色インクを塗布した第２部分の写真よりも銀ナノ粒子を塗布した第３部分の写真の方が、何も塗布しなかった第１部分の写真に近い状態で撮影された。すなわち、銀ナノ粒子の塗布が、黒色インクの塗布よりも可視光領域における透明性に優れていることが確認された。次いで、光照射による温度変化について、何も塗布しなかった第１部分では、実質的な温度変化が確認されなかった。黒色インク又は銀ナノ粒子を塗布した第２部分及び第３部分では、約１．５℃の温度上昇が確認された。したがって、銀ナノ粒子は黒色インクよりも可視光領域における透明性に優れていたにもかかわらず、黒色インクと同程度の温度変化を生じた。このことから、銀ナノ粒子は、波長６６０ｎｍ近傍で、黒色インクより優れた光熱変換効率を示すことが確認された。
【0145】
［実施例１０］
光応答性ポリマーシートに形成されたマイクロバルブを液体が通過するのに必要な陰圧を調べることにより、マイクロバルブの性能を評価した。まず、３次元プリンタで作成したＡＢＳ樹脂製のチャンバと、ポリ－（ε－カプロラクトン）製の光応答性ポリマーシートとを用意した。光応答性ポリマーシートとしては、直径１００μｍのマイクロバルブが形成された第１シートと、直径２００μｍのマイクロバルブが形成された第２シートと、の２種類を用意した。チャンバの回収流路の出口を真空レギュレータに接続し、真空レギュレータを真空ポンプに接続した。チャンバの上部には、光応答性ポリマーシートを貼り付けた。顔料で着色した水を用意し、光応答性ポリマーシート上に、マイクロバルブを覆うのに十分な量を垂らした。マイクロバルブが開いている状態及びマイクロバルブが閉じている状態の各々について、真空ポンプによる真空引きを行った。本実験系で実際に設定可能であった陰圧は、１．３ｋＰａ～４５ｋＰａであった。
光応答性ポリマーシートに形成されたマイクロバルブを液体が通過するのに必要な陰圧を調べることにより、マイクロバルブの性能を評価した。まず、３次元プリンタで作成したＡＢＳ樹脂製のチャンバと、ポリ－（ε－カプロラクトン）製の光応答性ポリマーシートとを用意した。光応答性ポリマーシートとしては、直径１００μｍのマイクロバルブが形成された第１シートと、直径２００μｍのマイクロバルブが形成された第２シートと、の２種類を用意した。チャンバの回収流路の出口を真空レギュレータに接続し、真空レギュレータを真空ポンプに接続した。チャンバの上部には、光応答性ポリマーシートを貼り付けた。顔料で着色した水を用意し、光応答性ポリマーシート上に、マイクロバルブを覆うのに十分な量を垂らした。マイクロバルブが開いている状態及びマイクロバルブが閉じている状態の各々について、真空ポンプによる真空引きを行った。本実験系で実際に設定可能であった陰圧は、１．３ｋＰａ～４５ｋＰａであった。
【0146】
マイクロバルブが開状態である場合には、第１シート及び第２シートのいずれについても、レギュレータの最小陰圧付加時にマイクロバルブを通過して液体が流れた。したがって、測定されたバルブリーク圧は１．３ｋＰａ以下であった。一方、マイクロバルブが閉状態である場合には、第１シート及び第２シートのいずれについても、レギュレータの最大設定陰圧である４５ｋＰａを印加しても、液体はマイクロバルブを通過しなかった。したがって、液体に閉状態のマイクロバルブを通過させるために必要な陰圧は、４５ｋＰａ以上であることが確認された。このように、開状態と閉状態とでリーク圧に大きな差があることが確認された。
【0147】
［実施例１１］
マイクロウェルアレイ１００にマイクロビーズを播種し、光パターンを照射してマイクロビーズを回収する実験を行った。バルブ膜１２０の光熱変換材料として銀ナノ粒子を使用し、銀ナノ粒子の水溶液をバルブ膜１２０全体に塗布して自然乾燥させた。播種するマイクロビーズとしては、直径９０μｍの無色透明のビーズを使用した。マイクロビーズが分散した水を、ウェルアレイ上部１１０の各ウェル内に滴下した。照射する光パターンは、出力設定１１０ｍＷ、顕微鏡倍率２０倍で、一辺２００μｍ程度の正方形とした。チャンバの設定温度は３７．５℃とした。実施例１０と同様に、真空ポンプ及びレギュレータを回収流路１３２の出口に接続し、バルブ膜１２０の面に４５ｋＰａ程度の陰圧を印加した。
マイクロウェルアレイ１００にマイクロビーズを播種し、光パターンを照射してマイクロビーズを回収する実験を行った。バルブ膜１２０の光熱変換材料として銀ナノ粒子を使用し、銀ナノ粒子の水溶液をバルブ膜１２０全体に塗布して自然乾燥させた。播種するマイクロビーズとしては、直径９０μｍの無色透明のビーズを使用した。マイクロビーズが分散した水を、ウェルアレイ上部１１０の各ウェル内に滴下した。照射する光パターンは、出力設定１１０ｍＷ、顕微鏡倍率２０倍で、一辺２００μｍ程度の正方形とした。チャンバの設定温度は３７．５℃とした。実施例１０と同様に、真空ポンプ及びレギュレータを回収流路１３２の出口に接続し、バルブ膜１２０の面に４５ｋＰａ程度の陰圧を印加した。
【0148】
図２１Ａは、光パターンを照射する前のバルブ膜１２０の顕微鏡写真（倍率４倍）である。画像中の矢印は、光パターンの照射予定位置（３カ所）を示す。各ウェルのマイクロバルブが閉状態であること、及び、各ウェルにマイクロビーズが播種されていることが確認された。
【0149】
図２１Ｂは、光パターンを照射した後のバルブ膜１２０の顕微鏡写真（倍率４倍）である。画像中の矢印は、光パターンの照射位置（３カ所）を示す。光パターンが照射されたウェルに対応するマイクロバルブが閉状態から開状態に変形したこと、及び、当該ウェルに播種されたマイクロビーズが回収されたことが確認された。
【0150】
このように、作成したマイクロウェルアレイ１００を使用して、光パターンを照射することによって、所望の位置のマイクロバルブのみを選択的に閉状態から開状態に変形させることに成功した。また、光照射の対象としたウェル内のマイクロビーズを回収することに成功した。一方、光照射の対象としなかったウェル内のマイクロビーズが残存していることも確認された。したがって、作成したマイクロウェルアレイ１００を使用することにより、ウェルに播種した対象物を選択的に回収できることが確認された。
【符号の説明】
【0151】
１…選別システム、１０…ウェルアレイ、１２…基部、１２ａ…上部、１２ｂ…下部、１２ｃ…連結部、１４…バルブ膜、１６…回収流路、１８…回収口、２０…ウェル、２２…開口、２４…バルブ、３０…顕微ユニット、３２…対物レンズ、４０…画像センサ、５０…光照射ユニット、５２…光源、５４…制御ミラー、５６…瞳投影レンズ、５８…結像レンズ、６０…ダイクロイックミラー、７０…制御ユニット、７２…入力部、７４…処理部、７６…判定部、７８…選択部、８０…光パターン情報生成部、８２…光照射制御部、８４…出力部、８６…記憶部、８８…プログラム、９０…回収ユニット、９２…収容部、９４…吸引部、Ｃ…画像データ、Ｐ…光パターン情報、Ｔ１…精子、Ｔ２…他の細胞。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図13D】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図14D】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図15D】
【図16A】
【図16B】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21A】
【図21B】
