特開 2022-190440 マニピュレーションシステム

(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】P2022190440

(43)【公開日】2022-12-26

(54)【発明の名称】マニピュレーションシステム

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/00 20060101AFI20221219BHJP

   C12M 3/00 20060101ALI20221219BHJP

【ＦＩ】

C12M1/00 A

C12M3/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021098765

(22)【出願日】2021-06-14

(71)【出願人】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】植田 裕基

(72)【発明者】

【氏名】田中 伸明

【テーマコード（参考）】

4B029

【Ｆターム（参考）】

4B029AA08

4B029AA25

4B029BB11

4B029GA01

(57)【要約】

【課題】細胞の培養環境を保持した状態で良好に細胞の操作を行うことができるマニピュレーションシステムを提供する。
【解決手段】マニピュレーションシステムは、試料ステージと、試料ステージに載置され、細胞の培養環境を保持できる細胞培養インキュベータと、細胞培養インキュベータの内部に載置され、細胞を収容するための容器と、細胞を操作するためのピペットを備えるマニピュレータと、を有し、細胞培養インキュベータには、ピペットを内部空間に挿入するための開口が設けられ、開口の外縁とピペットとの間の隙間を封止する封止部材が設けられる。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料ステージと、
前記試料ステージに載置され、細胞の培養環境を保持できる細胞培養インキュベータと、
前記細胞培養インキュベータの内部に載置され、前記細胞を収容するための容器と、
前記細胞を操作するためのピペットを備えるマニピュレータと、を有し、
前記細胞培養インキュベータには、前記ピペットを内部空間に挿入するための開口が設けられ、
前記開口の外縁と前記ピペットとの間の隙間を封止する封止部材が設けられる
マニピュレーションシステム。

【請求項2】

前記封止部材は、蛇腹状に伸縮可能に設けられる
請求項１に記載のマニピュレーションシステム。

【請求項3】

前記ピペットを保持するピペット保持部材を有し、
前記封止部材は、前記ピペット保持部材の周囲を囲んで設けられる
請求項１又は請求項２に記載のマニピュレーションシステム。

【請求項4】

前記試料ステージ及び前記細胞培養インキュベータの上方に配置される撮像部を有し、
前記細胞培養インキュベータの天板の、少なくとも前記撮像部と重畳する部分は透光性の材料で形成される
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のマニピュレーションシステム。

【請求項5】

前記細胞培養インキュベータは、センサ又はヒータの少なくとも一方を前記内部空間に設置するための、少なくとも１つ以上の貫通孔を有する
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のマニピュレーションシステム。

【請求項6】

前記細胞培養インキュベータの内部に少なくとも前記センサ及び前記ヒータを備えており、前記貫通孔を通じて外部と接続される
請求項５に記載のマニピュレーションシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マニピュレーションシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

細胞の培養環境を保持できる細胞培養インキュベータが知られている。特許文献１には、顕微鏡のステージに設けられ、細胞を培養しながら顕微鏡で観察できるインキュベータ装置が記載されている。特許文献２には、培養器の内部に細胞操作システムを内蔵した細胞培養インキュベータが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１－２００２２３号公報

【特許文献2】特表２０１８－５１０６５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような細胞培養インキュベータは、内部環境を細胞培養に適した状態へ保つために密閉されている。このため、マニピュレータのような操作ツールを外部からアクセスさせることができない場合があり、細胞培養を続けながら細胞の操作を行うことが困難となる可能性がある。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、細胞の培養環境を保持した状態で良好に細胞の操作を行うことができるマニピュレーションシステム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】

【0006】

本発明の一態様に係るマニピュレーションシステムは、試料ステージと、前記試料ステージに載置され、細胞の培養環境を保持できる細胞培養インキュベータと、前記細胞培養インキュベータの内部に載置され、前記細胞を収容するための容器と、前記細胞を操作するためのピペットを備えるマニピュレータと、を有し、前記細胞培養インキュベータには、前記ピペットを内部空間に挿入するための開口が設けられ、前記開口の外縁と前記ピペットとの間の隙間を封止する封止部材が設けられる。

【0007】

これによれば、マニピュレーションシステムは、封止部材により細胞培養インキュベータの内部空間と外部とが遮蔽されるので、細胞培養インキュベータの内部の環境を良好に維持することができる。そして、細胞培養インキュベータに設けられた開口を介してピペットが内部空間に挿入され、細胞培養インキュベータ内の所定の環境下で、細胞の培養環境を保持した状態で良好に細胞の操作を行うことができる。また、マニピュレータの駆動装置等の可動部は、細胞培養インキュベータの外部に配置されているので、細胞培養インキュベータ内の環境（例えば、高温多湿環境）に晒されることを抑制できる。

【0008】

本発明の一態様に係るマニピュレーションシステムにおいて、前記封止部材は、蛇腹状に伸縮可能に設けられる。これによれば、ピペットを内部空間で移動させて細胞の操作を行う際に、封止部材は、ピペットの移動に伴って伸縮可能に設けられる。これにより、マニピュレーションシステムは、開口の外縁とピペットとの間の隙間を良好に封止して、細胞培養インキュベータ内の環境を保ちつつ細胞の操作を行うことができる。

【0009】

本発明の一態様に係るマニピュレーションシステムにおいて、前記ピペットを保持するピペット保持部材を有し、前記封止部材は、前記ピペット保持部材の周囲を囲んで設けられる。これによれば、マニピュレーションシステムは、開口の外縁とピペット保持部材との間の隙間を良好に封止して、細胞培養インキュベータ内の環境を良好に維持することができる。

【0010】

本発明の一態様に係るマニピュレーションシステムにおいて、前記試料ステージ及び前記細胞培養インキュベータの上方に配置される撮像部を有し、前記細胞培養インキュベータの天板の、少なくとも前記撮像部と重畳する部分は透光性の材料で形成される。これによれば、顕微鏡により、透光領域を介して細胞培養インキュベータの内部空間を観察することができる。したがって、マニピュレーションシステムは、細胞培養インキュベータの内部空間で良好に細胞の操作を行うことができる。

【0011】

本発明の一態様に係るマニピュレーションシステムにおいて、前記細胞培養インキュベータは、センサ又はヒータの少なくとも一方を前記内部空間に設置するための、少なくとも１つ以上の貫通孔を有する。これによれば、細胞培養インキュベータの内部空間の環境を適切に制御することができる。

【0012】

本発明の一態様に係るマニピュレーションシステムにおいて、前記細胞培養インキュベータの内部に少なくとも前記センサ及び前記ヒータを備えており、前記貫通孔を通じて外部と接続される。これによれば、細胞培養インキュベータの内部空間の環境を適切に制御することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、細胞の培養環境を保持した状態で良好に細胞の操作を行うことができるマニピュレーションシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実施形態に係るマニピュレーションシステムの構成例を模式的に示す図である。

【図2】図２は、微動機構の一例を示す断面図である。

【図3】図３は、マニピュレーションシステムの制御ブロック図である。

【図4】図４は、細胞培養インキュベータ、ピペット保持部材及びピペットの配置関係を説明するための斜視図である。

【図5】図５は、図４のＶ－Ｖ’断面図である。

【図6】図６は、取付部材の構成例を説明するための断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

【0016】

（実施形態）
図１は、実施形態に係るマニピュレーションシステムの構成を模式的に示す図である。マニピュレーションシステム１０は、顕微鏡観察下で微小対象物である試料を操作するためのシステムである。図１に示すように、マニピュレーションシステム１０は、顕微鏡ユニット１２と、第１マニピュレータ１４と、第２マニピュレータ１６と、マニピュレーションシステム１０を制御するコントローラ４３とを備えている。顕微鏡ユニット１２の両側に第１マニピュレータ１４と第２マニピュレータ１６とが分かれて配置されている。微小対象物は、例えば細胞や卵であり、以下の説明では「細胞」と表す。

【0017】

顕微鏡ユニット１２は、撮像素子を含むカメラ１８（撮像部）と、顕微鏡２０と、試料ステージ２２とを備えている。試料ステージ２２には、細胞培養インキュベータ６０が載置される。細胞培養インキュベータ６０の内部には、シャーレなどの試料保持部材１１が収容される。

【0018】

細胞培養インキュベータ６０は、内部空間を有する箱状の部材である。細胞培養インキュベータ６０の内部空間は密閉され、細胞培養インキュベータ６０の外部と遮断される。細胞培養インキュベータ６０の内部空間は、細胞の培養を行うための所定の環境（温度や二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度、湿度等）に維持、管理される。細胞の培養環境は、例えば温度３７℃、ＣＯ_２濃度５％、湿度９５％以上とされる。なお、本明細書において、「密閉」及び「封止」は、細胞培養インキュベータ６０の内部空間が外部と完全に遮断された状態に限定されず、第２ピペット３５及び試料ステージ２２を移動して細胞の操作を行う際に、細胞培養インキュベータ６０の内部空間が所定の環境を維持できる気密性を有していればよい。

【0019】

試料ステージ２２及び細胞培養インキュベータ６０の直上に顕微鏡２０が配置される。顕微鏡ユニット１２は、顕微鏡２０とカメラ１８とが一体構造となっており、試料保持部材１１に向けて光を照射する光源（図示は省略している）を備えている。なお、カメラ１８は、顕微鏡２０と別体に設けてもよい。

【0020】

試料保持部材１１には、細胞を含む溶液が収容される。試料保持部材１１の細胞に光が照射され、試料保持部材１１の細胞で反射した光が顕微鏡２０に入射する。細胞に関する光学像は、顕微鏡２０で拡大された後、カメラ１８で撮像される。顕微鏡ユニット１２は、カメラ１８で撮像された画像を基に細胞の観察が可能となっている。

【0021】

図１に示すように、第１マニピュレータ１４は、第１ピペット保持部材２４と、Ｘ－Ｙ軸テーブル２６と、Ｚ軸テーブル２８と、Ｘ－Ｙ軸テーブル２６を駆動する駆動装置３０と、Ｚ軸テーブル２８を駆動する駆動装置３２とを備える。第１マニピュレータ１４は、Ｘ軸－Ｙ軸－Ｚ軸の３軸構成のマニピュレータである。

【0022】

なお、本実施形態において、水平面内の一方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と交差する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと交差する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。試料ステージ２２の表面は、ＸＹ平面と平行であり、Ｚ軸方向と直交する。

【0023】

Ｘ－Ｙ軸テーブル２６は、駆動装置３０の駆動により、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に移動可能となっている。Ｚ軸テーブル２８は、Ｘ－Ｙ軸テーブル２６上に上下移動可能に配置され、駆動装置３２の駆動によりＺ軸方向に移動可能になっている。駆動装置３０、３２は、コントローラ４３に接続されている。

【0024】

第１ピペット保持部材２４は、Ｚ軸テーブル２８に連結され、先端に毛細管チップである第１ピペット２５が取り付けられている。第１ピペット保持部材２４は、Ｘ－Ｙ軸テーブル２６とＺ軸テーブル２８の移動に従って３次元空間を移動領域として移動できる。第１ピペット保持部材２４は、試料保持部材１１に収容された細胞を、第１ピペット２５を介して保持することができる。すなわち、第１マニピュレータ１４は、微小対象物の保持に用いられる保持用マニピュレータであり、第１ピペット２５は、微小対象物の保持手段として用いられるホールディングピペットである。

【0025】

第２マニピュレータ１６は、第２ピペット保持部材３４と、Ｘ－Ｙ軸テーブル３６と、Ｚ軸テーブル３８と、Ｘ－Ｙ軸テーブル３６を駆動する駆動装置４０と、Ｚ軸テーブル３８を駆動する駆動装置４２とを備える。第２マニピュレータ１６は、Ｘ軸－Ｙ軸－Ｚ軸の３軸構成のマニピュレータである。

【0026】

Ｘ－Ｙ軸テーブル３６は、駆動装置４０の駆動により、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に移動可能となっている。Ｚ軸テーブル３８は、Ｘ－Ｙ軸テーブル３６上に上下移動可能に配置され、駆動装置４２の駆動によりＺ軸方向に移動可能になっている。駆動装置４０、４２は、コントローラ４３に接続されている。

【0027】

第２ピペット保持部材３４は、Ｚ軸テーブル３８に連結され、先端にガラス製の第２ピペット３５が取り付けられている。第２ピペット保持部材３４は、Ｘ－Ｙ軸テーブル３６とＺ軸テーブル３８の移動に従って３次元空間を移動領域として移動できる。第２ピペット保持部材３４は、試料保持部材１１に収容された細胞を人工操作することが可能である。すなわち、第２マニピュレータ１６は、微小対象物の操作（ＤＮＡ溶液の注入操作や穿孔操作など）に用いられる操作用マニピュレータであり、第２ピペット３５は、微小対象物のインジェクション操作手段として用いられるインジェクションピペットである。

【0028】

Ｘ－Ｙ軸テーブル３６とＺ軸テーブル３８は、第２ピペット保持部材３４を、試料保持部材１１に収容された細胞などの操作位置まで粗動駆動する粗動機構（３次元移動テーブル）として構成されている。また、Ｚ軸テーブル３８と第２ピペット保持部材３４との連結部には、ナノポジショナとして微動機構４４が備えられている。微動機構４４は、第２ピペット保持部材３４をその長手方向（軸方向）に移動可能に支持するとともに、第２ピペット保持部材３４をその長手方向（軸方向）に沿って微動駆動するように構成される。

【0029】

図２は、微動機構の一例を示す断面図である。図２に示すように微動機構４４は、第２ピペット保持部材３４を駆動対象とする圧電アクチュエータ４４ａを備える。圧電アクチュエータ４４ａは、筒状のハウジング８７と、ハウジング８７の内部に設けられた転がり軸受８０、８２と、圧電素子９２とを含む。ハウジング８７の軸方向に第２ピペット保持部材３４が挿通される。転がり軸受８０、８２は、第２ピペット保持部材３４を回転可能に支持する。圧電素子９２は、印加される電圧に応じて第２ピペット保持部材３４の長手方向に沿って伸縮する。第２ピペット保持部材３４の先端側（図２左側）には第２ピペット３５（図１参照）が取り付けられ固定される。

【0030】

第２ピペット保持部材３４は、転がり軸受８０、８２を介してハウジング８７に支持される。転がり軸受８０は、内輪８０ａと、外輪８０ｂと、内輪８０ａと外輪８０ｂとの間に設けられたボール８０ｃとを備える。転がり軸受８２は、内輪８２ａと、外輪８２ｂと、内輪８２ａと外輪８２ｂとの間に設けられたボール８２ｃとを備える。各外輪８０ｂ、８２ｂがハウジング８７の内周面に固定され、各内輪８０ａ、８２ａが中空部材８４を介して第２ピペット保持部材３４の外周面に固定される。このように、転がり軸受８０、８２は、第２ピペット保持部材３４を回転自在に支持するようになっている。

【0031】

中空部材８４の軸方向の略中央部には、径方向外方に突出するフランジ部８４ａが設けられている。転がり軸受８０は、フランジ部８４ａに対して第２ピペット保持部材３４の先端側に配置され、転がり軸受８２はフランジ部８４ａに対して後端側に配置される。内輪間座としてのフランジ部８４ａを挟んで転がり軸受８０の内輪８０ａと、転がり軸受８２の内輪８２ａとが配置される。第２ピペット保持部材３４の外周面にねじ加工が施されており、内輪８０ａの先端側、及び内輪８２ａの後端側からロックナット８６、８６が第２ピペット保持部材３４に螺合される。これにより、転がり軸受８０、８２の軸方向の位置が固定される。

【0032】

円環状のスペーサ９０は、転がり軸受８０、８２と同軸に外輪８２ｂの軸方向後端側に配置される。スペーサ９０の軸方向後端側には、円環状の圧電素子９２がスペーサ９０と略同軸に配置される。さらに圧電素子９２の軸方向後端側にはハウジング８７の蓋８８が配置される。蓋８８は、圧電素子９２を軸方向に固定するためのもので、第２ピペット保持部材３４が挿通する孔部を有する。蓋８８は、例えば、ハウジング８７の側面に不図示のボルトにより締結されていてもよい。なお、圧電素子９２は、棒状又は角柱状としてスペーサ９０の周方向に略等配となるように並べても良く、第２ピペット保持部材３４を挿通する孔部を有した角筒としても良い。

【0033】

圧電素子９２はスペーサ９０を介して転がり軸受８２と接している。圧電素子９２は、リード線（図示せず）を介してコントローラ４３に接続されている。圧電素子９２は、コントローラ４３からの印加電圧に応答して軸方向に沿って伸縮し、第２ピペット保持部材３４をその軸方向に沿って微動させるようになっている。第２ピペット保持部材３４が軸方向に沿って微動すると、この微動が第２ピペット３５（図１参照）に伝達され、第２ピペット３５の位置が微調整されることになる。また、圧電素子９２により第２ピペット保持部材３４が軸方向に振動すると、第２ピペット３５も軸方向に振動する。このように微動機構４４により、微小対象物への操作（ＤＮＡ溶液や細胞の注入操作や穿孔操作など）の際には、より正確な操作が可能となり、圧電素子９２による穿孔作用の向上を実現できる。

【0034】

なお、上述の微動機構４４は、微小対象物の操作用の第２マニピュレータ１６に設けられるとしているが、微小対象物の固定用の第１マニピュレータ１４に設けてもよく、省略することも可能である。

【0035】

次に、コントローラ４３によるマニピュレーションシステム１０の制御について図３を参照して説明する。図３は、マニピュレーションシステムの制御ブロック図である。

【0036】

コントローラ４３は、演算手段としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）及び記憶手段としてのハードディスク、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のハードウェア資源を備える。コントローラ４３は、記憶部４６Ｂに格納された所定のプログラムに基づいて各種の演算を行い、演算結果に従って制御部４６Ａが各種の制御を行うように駆動信号を出力する。

【0037】

制御部４６Ａは、顕微鏡ユニット１２の焦点合わせ機構８１、第１マニピュレータ１４の駆動装置３０、駆動装置３２、吸引ポンプ２９、第２マニピュレータ１６の駆動装置４０、駆動装置４２、圧電素子９２、注入ポンプ３９を制御する制御回路である。制御部４６Ａは、必要に応じて設けられたドライバやアンプ等を介して、顕微鏡ユニット１２、第１マニピュレータ１４及び第２マニピュレータ１６のそれぞれに駆動信号を出力する。制御部４６Ａは、駆動装置３０、３２、４０、４２にそれぞれ駆動信号Ｖｘｙ、Ｖｚ（図１参照）を供給する。駆動装置３０、３２、４０、４２は、駆動信号Ｖｘｙ、Ｖｚに基づいてＸ－Ｙ－Ｚ軸方向に駆動する。制御部４６Ａは、微動機構４４にナノポジショナ制御信号ＶＮ（図１参照）を供給して、微動機構４４の制御を行ってもよい。

【0038】

コントローラ４３は、情報入力手段としてジョイスティック４７と、入力部４９とが接続されている。入力部４９は、例えばキーボードやタッチパネル、マウス等である。また、コントローラ４３は、液晶パネル等の表示部４５が接続される。表示部４５にはカメラ１８で取得した顕微鏡画像や各種制御用画面が表示されるようになっている。なお、入力部４９としてタッチパネルが用いられる場合には、表示部４５の表示画面にタッチパネルを重ねて用い、操作者が表示部４５の表示画像を確認しつつ入力操作を行うようにしてもよい。

【0039】

ジョイスティック４７は公知のものを用いることができる。ジョイスティック４７は、例えば、基台と、基台から直立するハンドル部とを備えている。ジョイスティック４７は、ハンドル部を傾斜させるように操作することで駆動装置３０、４０のＸ－Ｙ駆動を行うことができ、ハンドル部をねじることで駆動装置３２、４２のＺ駆動を行うことができる。ジョイスティック４７は、吸引ポンプ２９、圧電素子９２、注入ポンプ３９の各駆動を操作するためのボタンを備えていてもよい。

【0040】

コントローラ４３は、さらに画像入力部４３Ａ、画像処理部４３Ｂ、画像出力部４３Ｃ及び位置検出部４３Ｄを備えている。顕微鏡２０を通してカメラ１８で撮像した画像信号Ｖ_ＰＩＸ（図１参照）が画像入力部４３Ａに入力される。画像処理部４３Ｂは、画像入力部４３Ａから画像信号を受け取って、画像処理を行う。画像出力部４３Ｃは、画像処理部４３Ｂで画像処理された画像情報を表示部４５へ出力する。位置検出部４３Ｄは、微小対象物である細胞等の位置や、細胞の核等の位置を、画像処理後の画像情報に基づいて検出することができる。細胞の核は、第２ピペット３５によるインジェクション操作を行う操作対象である。位置検出部４３Ｄは、画像情報に基づいてカメラ１８の撮像領域内における細胞等の有無を検出することができる。また、位置検出部４３Ｄは、第１ピペット２５及び第２ピペット３５の位置を検出してもよい。画像入力部４３Ａ、画像処理部４３Ｂ、画像出力部４３Ｃ及び位置検出部４３Ｄは、制御部４６Ａにより制御される。

【0041】

画像処理部４３Ｂは、例えば細胞の位置や細胞の核の位置を検出するために、画像入力部４３Ａから受け取った画像信号について二値化処理とフィルタ処理を実行する。画像処理部４３Ｂは、画像信号をグレースケール化して、あらかじめ設定された所定の閾値に基づいて、このグレースケール画像をモノクロ画像に変換する。そして、画像処理部４３Ｂは、二値化処理とフィルタ処理により得られたモノクロ画像に基づいてエッジ抽出処理やパターンマッチングを行う。その処理結果に基づいて位置検出部４３Ｄは、細胞の位置や細胞の核の位置を検出することができる。

【0042】

制御部４６Ａは、位置検出部４３Ｄからの位置情報、及び細胞等の有無の情報に基づいて、第１マニピュレータ１４及び第２マニピュレータ１６を制御する。本実施形態において、制御部４６Ａは、第１マニピュレータ１４及び第２マニピュレータ１６を所定のシーケンスで自動的に駆動する。かかるシーケンス駆動は、記憶部４６Ｂにあらかじめ保存された所定のプログラムによるＣＰＵの演算結果に基づいて、制御部４６Ａが順次それぞれに駆動信号を出力することで行われる。

【0043】

次に、細胞培養インキュベータ６０の詳細な構成について説明する。図４は、細胞培養インキュベータ、ピペット保持部材及びピペットの配置関係を説明するための斜視図である。図５は、図４のＶ－Ｖ’断面図である。なお、図４及び図５では、第２ピペット保持部材３４及び第２ピペット３５に対応する開口ＯＰ及び封止部材７０について示し、第１ピペット保持部材２４及び第１ピペット２５側の開口ＯＰ及び封止部材７０は図示を省略している。ただし、図４及び図５での開口ＯＰ及び封止部材７０についての説明は、第１ピペット保持部材２４及び第１ピペット２５に対応する開口ＯＰ及び封止部材７０にも適用することができる。

【0044】

図４及び図５に示すように、細胞培養インキュベータ６０は、底板６１と、カバー部６２と、を有する。底板６１は、平板状の部材であり、試料ステージ２２（図１参照）の上面と対向して配置される。カバー部６２は、天板６２ａと側板６２ｂとを有する。側板６２ｂの下部が底板６１と連結されて、細胞培養インキュベータ６０の内部空間が密閉される。

【0045】

図４に示すように、細胞培養インキュベータ６０は、上面から見たときに、四角形状である。ただし、これに限定されず、細胞培養インキュベータ６０は、多角形状、円形状等、他の形状であってもよい。

【0046】

図４及び図５に示すように、細胞培養インキュベータ６０の側板６２ｂには、開口ＯＰが設けられる。上述したように、第２ピペット３５及び第２ピペット保持部材３４は、開口ＯＰを介して細胞培養インキュベータ６０の内部空間に挿入される。開口ＯＰは、側面（Ｘ軸方向）から見たときに、円形状である。開口ＯＰの直径は、第２ピペット３５及び第２ピペット保持部材３４の直径よりも大きく形成される。開口ＯＰは、側板６２ｂの上側（天板６２ａ側）に位置する。より詳細には、開口ＯＰは、少なくとも試料保持部材１１よりも上側に位置する。これにより、マニピュレーションシステム１０は、開口ＯＰ内で第２ピペット保持部材３４を移動させることができ、細胞培養インキュベータ６０内の細胞の操作を行うことができる。

【0047】

なお、開口ＯＰの位置、大きさ、形状は適宜変更することができる。例えば、開口ＯＰは、側板６２ｂに設けられる構成に限定されず、天板６２ａに設けられてもよい。また、開口ＯＰは、円形に限定されず、楕円形状、多角形状、矩形状等、他の形状であってもよい。開口ＯＰは、細胞の操作に応じて適切な形状を採用することができる。

【0048】

開口ＯＰを覆って封止部材７０が設けられる。封止部材７０は、開口ＯＰの外縁と、第２ピペット保持部材３４（及び第２ピペット３５）との間の隙間を封止する。封止部材７０は、取付部材７１により第２ピペット保持部材３４の外周に取り付けられる。

【0049】

封止部材７０は、蛇腹状に伸縮可能に設けられる。具体的には、封止部材７０は、柔軟性を有する材料で形成され、例えば、ナイロンやビニール等の樹脂フィルム材料や、シート状のゴムで形成することができる。封止部材７０の一端側は、第２ピペット保持部材３４の外周に固定され、封止部材７０の他端側は、開口ＯＰの外縁の、細胞培養インキュベータ６０の側板６２ｂに固定される。封止部材７０は、第２ピペット保持部材３４（及び第２ピペット３５）が開口ＯＰ内を移動する際に、変形可能に設けられている。

【0050】

図６は、取付部材の構成例を説明するための断面図である。取付部材７１は、第１ナット７２と、第２ナット７３と、を有する。第２ピペット保持部材３４の外周面にねじ加工が施されており、第１ナット７２及び第２ナット７３が第２ピペット保持部材３４に螺合される。第２ピペット保持部材３４の軸方向に沿った方向で、第１ナット７２と第２ナット７３との間に、封止部材７０及びＯリング７４が挟み込まれる。これにより、第２ピペット保持部材３４と、封止部材７０との間が封止される。

【0051】

より具体的には、第１ナット７２は、第１ナット７２の下面から突出する突出部７２ａを有する。突出部７２ａは、第２ピペット保持部材３４を囲む環状に形成される。第２ナット７３は、第２ナット７３の上面から突出する突出部７３ａを有する。第２ナット７３の突出部７３ａは、第１ナット７２の突出部７２ａの外周を囲む環状に形成される。封止部材７０及びＯリング７４は、第２ナット７３の突出部７３ａと、第２ピペット保持部材３４の外周面との間に形成される凹部に配置される。第１ナット７２及び第２ナット７３が互いに近づく向きに回転することで、封止部材７０及びＯリング７４は、突出部７２ａと凹部の底部を形成する第２ナット７３との間に挟み込まれる。

【0052】

なお、図６に示す取付部材７１の構成はあくまで一例である。取付部材７１は、第２ピペット保持部材３４と封止部材７０との間を封止するように設けられていれば、どのような構造であってもよい。例えば、突出部７２ａ、７３ａはなくてもよい。また、図示は省略するが、開口ＯＰと、封止部材７０との封止も、封止部材７０が開口ＯＰの外縁の、細胞培養インキュベータ６０の側板６２ｂに沿って固定されて、開口ＯＰを封止できる構造であればどのような構造であってもよい。単に接着剤により封止部材７０が、第２ピペット保持部材３４に接着されてもよい。あるいは、クランプ部材で封止部材７０を第２ピペット保持部材３４に挟み込んでも良い。

【0053】

次に、図４及び５に戻って、細胞培養インキュベータ６０の天板６２ａの、少なくとも顕微鏡ユニット１２のカメラ１８（図１参照）と重畳する部分は透光性の材料で形成される。透光性の材料は、例えばガラスが用いられる。天板６２ａの、一部が透光性の材料で形成されてもよく、あるいは天板６２ａの全体が透光性の材料で形成されてもよい。これにより、マニピュレーションシステム１０は、カメラ１８により、天板６２ａの透光領域を介して細胞培養インキュベータ６０の内部空間の第２ピペット３５及び細胞を観察することができる。

【0054】

なお、細胞培養インキュベータ６０は、２つの部材（底板６１及びカバー部６２）で構成されているが、これに限定されない。細胞培養インキュベータ６０は、例えば底板、天板及び側板の３つの部材が連結されて構成されてもよい。試料ステージ２２及びマニピュレータとの配置関係に応じて、細胞培養インキュベータ６０は、４つ以上の部材で構成されていてもよい。

【0055】

また、細胞培養インキュベータ６０には、開口ＯＰに限定されず、ヒータや各種センサを細胞培養インキュベータ６０の内部空間に設置するための貫通孔（図示しない）が設けられていてもよい。貫通孔は、例えば、ヒータや各種センサに接続される配線等が挿入される。この場合、本実施形態のマニピュレーションシステム１０は、貫通孔を介して細胞培養インキュベータ６０内の環境を容易に調整、管理することができる。

【0056】

以上説明したように、本実施形態のマニピュレーションシステム１０は、試料ステージ２２と、試料ステージ２２に載置され、細胞の培養環境を保持できる細胞培養インキュベータ６０と、細胞培養インキュベータ６０の内部に載置され、細胞を収容するための試料保持部材１１（容器）と、細胞を操作するためのピペット（例えば、第２ピペット３５）を備える第２マニピュレータ１６と、を有する。細胞培養インキュベータ６０の側板６２ｂには、第２ピペット３５を内部空間に挿入するための開口ＯＰが設けられ、開口ＯＰの外縁と第２ピペット３５との間の隙間を封止する封止部材７０が設けられる。

【0057】

これによれば、マニピュレーションシステム１０は、封止部材７０により細胞培養インキュベータ６０の内部空間と外部とが遮蔽されるので、細胞培養インキュベータ６０内の環境を良好に維持することができる。そして、細胞培養インキュベータ６０に設けられた開口ＯＰを介して第２ピペット３５が内部空間に挿入され、細胞培養インキュベータ６０内の所定の環境下で、細胞の培養環境を保持した状態で良好に細胞の操作を行うことができる。言い換えると、細胞培養インキュベータ６０内の細胞を大気中に取り出すことなく、長時間培養を続けながら、第２マニピュレータ１６による細胞操作が可能である。また、第２マニピュレータ１６の駆動装置４０、４２等の可動部は、細胞培養インキュベータ６０の外部に配置されるので、細胞培養インキュベータ６０内の環境（例えば、高温多湿環境）に晒されることを抑制できる。したがって、マニピュレーションシステム１０は、第２マニピュレータ１６の駆動装置４０、４２等の可動部における、腐食やサビの発生を抑制することができる。

【0058】

また、本実施形態のマニピュレーションシステム１０において、封止部材７０は、蛇腹状に伸縮可能に設けられる。これによれば、第２ピペット３５を内部空間で移動させて細胞の操作を行う際に、封止部材７０は、第２ピペット３５の移動に伴って伸縮可能に設けられる。これにより、マニピュレーションシステム１０は、開口ＯＰの外縁と第２ピペット３５との間の隙間を良好に封止して、細胞培養インキュベータ６０内の環境を保ちつつ細胞の操作を行うことができる。

【0059】

また、本実施形態のマニピュレーションシステム１０において、第２ピペット３５を保持する第２ピペット保持部材３４を有し、封止部材７０は、第２ピペット保持部材３４の周囲を囲んで設けられる。これによれば、マニピュレーションシステム１０は、開口ＯＰの外縁と第２ピペット保持部材３４との間の隙間を良好に封止して、細胞培養インキュベータ６０内の環境を良好に維持することができる。

【0060】

また、本実施形態のマニピュレーションシステム１０において、試料ステージ２２及び細胞培養インキュベータ６０の上方に配置されるカメラ１８（撮像部）を有し、細胞培養インキュベータ６０の天板６２ａの、少なくともカメラ１８と重畳する部分は透光性の材料で形成される。これによれば、カメラ１８により、透光領域を介して細胞培養インキュベータ６０の内部空間を観察することができる。したがって、マニピュレーションシステム１０は、細胞培養インキュベータ６０の内部空間で良好に細胞の操作を行うことができる。

【符号の説明】

【0061】

１０ マニピュレーションシステム
１１ 試料保持部材
１２ 顕微鏡ユニット
１４ 第１マニピュレータ
１６ 第２マニピュレータ
１８ カメラ
２０ 顕微鏡
２２ 試料ステージ
２４ 第１ピペット保持部材
２５ 第１ピペット
２６、３６ Ｘ－Ｙ軸テーブル
２８、３８ Ｚ軸テーブル
３０、３２、４０、４２ 駆動装置
３４ 第２ピペット保持部材
３５ 第２ピペット
４３ コントローラ
４４ 微動機構
４６Ａ 制御部
６０ 細胞培養インキュベータ
６１ 底板
６２ カバー部
６２ａ 天板
６２ｂ 側板
７０ 封止部材
７１ 取付部材
ＯＰ 開口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】