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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】P2022038894
(43)【公開日】2022-03-10
(54)【発明の名称】遺伝子発現制御装置および遺伝子発現制御方法
(51)【国際特許分類】
C12M 1/00 20060101AFI20220303BHJP
C12M 1/42 20060101ALI20220303BHJP
C12N 13/00 20060101ALI20220303BHJP
【ＦＩ】
C12M1/00 A
C12M1/42
C12N13/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020143603
(22)【出願日】2020-08-27
(71)【出願人】
【識別番号】000125369
【氏名又は名称】学校法人東海大学
(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】100175824
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100152272
【弁理士】
【氏名又は名称】川越 雄一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100181722
【弁理士】
【氏名又は名称】春田 洋孝
(72)【発明者】
【氏名】立崎 武弘
(72)【発明者】
【氏名】廣理 英基
(72)【発明者】
【氏名】亀井 謙一郎
(72)【発明者】
【氏名】坂口 怜子
【テーマコード（参考）】
4B029
4B033
【Ｆターム（参考）】
4B029AA23
4B029BB11
4B029CC02
4B029GA01
4B033NG05
4B033NH03
4B033NH04
4B033NJ04
4B033NK01
(57)【要約】
【課題】生細胞を培養環境下に保持したまま生細胞の遺伝子発現の促進および抑制の両方を制御することができる遺伝子発現制御装置および遺伝子発現制御方法を提供する。
【解決手段】生細胞の遺伝子発現を制御する遺伝子発現制御装置は、生細胞を培養環境下に保持し、生細胞にパルス状のテラヘルツ波を集光して照射し、テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測し、生細胞をテラヘルツ波の集光位置に固定し、テラヘルツ波は、穴を有する放物面鏡によって集光されてテラヘルツ波の集光位置に照射され、テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビームは、穴を介してテラヘルツ波と同軸にテラヘルツ波の集光位置に照射され、テラヘルツ波の集光位置を透過したプローブビームを検出することによって、テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とが計測される。
【選択図】図１
【解決手段】生細胞の遺伝子発現を制御する遺伝子発現制御装置は、生細胞を培養環境下に保持し、生細胞にパルス状のテラヘルツ波を集光して照射し、テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測し、生細胞をテラヘルツ波の集光位置に固定し、テラヘルツ波は、穴を有する放物面鏡によって集光されてテラヘルツ波の集光位置に照射され、テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビームは、穴を介してテラヘルツ波と同軸にテラヘルツ波の集光位置に照射され、テラヘルツ波の集光位置を透過したプローブビームを検出することによって、テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とが計測される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
生細胞の遺伝子発現を制御する遺伝子発現制御装置であって、
前記生細胞を培養環境下に保持する培養環境保持部と、
前記培養環境保持部によって培養環境下に保持されている前記生細胞に、パルス状のテラヘルツ波を集光して照射するテラヘルツ波集光照射部と、
前記テラヘルツ波集光照射部によって照射された前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する電場強度時間波形計測部と、
前記生細胞を前記テラヘルツ波の集光位置に固定する生細胞位置決め部とを備え、
前記テラヘルツ波集光照射部は、穴を有する放物面鏡を備え、
前記テラヘルツ波は、前記放物面鏡によって集光されて前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、
前記電場強度時間波形計測部による前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビームは、前記穴を介して前記テラヘルツ波と同軸に前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、
前記電場強度時間波形計測部は、前記テラヘルツ波の集光位置を透過した前記プローブビームを検出することによって、前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する、
遺伝子発現制御装置。
前記生細胞を培養環境下に保持する培養環境保持部と、
前記培養環境保持部によって培養環境下に保持されている前記生細胞に、パルス状のテラヘルツ波を集光して照射するテラヘルツ波集光照射部と、
前記テラヘルツ波集光照射部によって照射された前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する電場強度時間波形計測部と、
前記生細胞を前記テラヘルツ波の集光位置に固定する生細胞位置決め部とを備え、
前記テラヘルツ波集光照射部は、穴を有する放物面鏡を備え、
前記テラヘルツ波は、前記放物面鏡によって集光されて前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、
前記電場強度時間波形計測部による前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビームは、前記穴を介して前記テラヘルツ波と同軸に前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、
前記電場強度時間波形計測部は、前記テラヘルツ波の集光位置を透過した前記プローブビームを検出することによって、前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する、
遺伝子発現制御装置。
【請求項2】
前記テラヘルツ波および前記プローブビームは、前記テラヘルツ波の集光位置の下側から前記テラヘルツ波の集光位置に照射される、
請求項１に記載の遺伝子発現制御装置。
請求項１に記載の遺伝子発現制御装置。
【請求項3】
前記テラヘルツ波の集光位置を記録する記録部と、
前記記録部によって記録された前記テラヘルツ波の集光位置に前記生細胞を移動させる搬送部とを備える、
請求項１に記載の遺伝子発現制御装置。
前記記録部によって記録された前記テラヘルツ波の集光位置に前記生細胞を移動させる搬送部とを備える、
請求項１に記載の遺伝子発現制御装置。
【請求項4】
前記生細胞位置決め部は、前記生細胞を保持する培養ディッシュを備え、
前記テラヘルツ波および前記プローブビームは、前記培養ディッシュの底側から前記テラヘルツ波の集光位置に照射される、
請求項１に記載の遺伝子発現制御装置。
前記テラヘルツ波および前記プローブビームは、前記培養ディッシュの底側から前記テラヘルツ波の集光位置に照射される、
請求項１に記載の遺伝子発現制御装置。
【請求項5】
前記テラヘルツ波は、前記生細胞に対して非接触かつ非侵襲かつ非破壊的に照射される、
請求項１に記載の遺伝子発現制御装置。
請求項１に記載の遺伝子発現制御装置。
【請求項6】
前記生細胞位置決め部は、
培養ディッシュと、
前記培養ディッシュ内に配置されるマイクロウェルとを備え、
前記マイクロウェルは、貫通している穴部分を有し、
前記生細胞は、前記穴部分に配置されることによって、前記テラヘルツ波の集光位置に固定され、
前記テラヘルツ波の集光位置における前記テラヘルツ波のスポット径と、前記穴部分の直径とが概略等しい、
請求項１に記載の遺伝子発現制御装置。
培養ディッシュと、
前記培養ディッシュ内に配置されるマイクロウェルとを備え、
前記マイクロウェルは、貫通している穴部分を有し、
前記生細胞は、前記穴部分に配置されることによって、前記テラヘルツ波の集光位置に固定され、
前記テラヘルツ波の集光位置における前記テラヘルツ波のスポット径と、前記穴部分の直径とが概略等しい、
請求項１に記載の遺伝子発現制御装置。
【請求項7】
前記生細胞位置決め部は、前記生細胞を保持する培養ディッシュを備え、
前記培養環境保持部は、前記培養ディッシュ内における温度と湿度と液体培地のｐＨとを制御することによって、前記生細胞を培養環境下に保持する、
請求項１に記載の遺伝子発現制御装置。
前記培養環境保持部は、前記培養ディッシュ内における温度と湿度と液体培地のｐＨとを制御することによって、前記生細胞を培養環境下に保持する、
請求項１に記載の遺伝子発現制御装置。
【請求項8】
前記培養環境保持部は、インキュベーターを備え、
前記搬送部は、前記インキュベーターを３次元的に移動させることによって、前記生細胞を前記テラヘルツ波の集光位置に移動させる、
請求項３に記載の遺伝子発現制御装置。
前記搬送部は、前記インキュベーターを３次元的に移動させることによって、前記生細胞を前記テラヘルツ波の集光位置に移動させる、
請求項３に記載の遺伝子発現制御装置。
【請求項9】
生細胞の遺伝子発現を制御する遺伝子発現制御装置であって、
前記生細胞を培養環境下に保持する培養環境保持部と、
前記培養環境保持部によって培養環境下に保持されている前記生細胞に、パルス状のテラヘルツ波を集光して照射するテラヘルツ波集光照射部と、
前記テラヘルツ波集光照射部によって照射された前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する電場強度時間波形計測部と、
前記生細胞を前記テラヘルツ波の集光位置に固定する生細胞位置決め部とを備え、
前記テラヘルツ波集光照射部は、前記テラヘルツ波を反射するテラヘルツ波反射部と透過型集光光学素子とを備え、
前記テラヘルツ波は、前記透過型集光光学素子によって集光されて前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、
前記電場強度時間波形計測部による前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビームは、前記テラヘルツ波反射部を透過して前記テラヘルツ波と同軸に前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、
前記電場強度時間波形計測部は、前記テラヘルツ波の集光位置を透過した前記プローブビームを検出することによって、前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する、
遺伝子発現制御装置。
前記生細胞を培養環境下に保持する培養環境保持部と、
前記培養環境保持部によって培養環境下に保持されている前記生細胞に、パルス状のテラヘルツ波を集光して照射するテラヘルツ波集光照射部と、
前記テラヘルツ波集光照射部によって照射された前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する電場強度時間波形計測部と、
前記生細胞を前記テラヘルツ波の集光位置に固定する生細胞位置決め部とを備え、
前記テラヘルツ波集光照射部は、前記テラヘルツ波を反射するテラヘルツ波反射部と透過型集光光学素子とを備え、
前記テラヘルツ波は、前記透過型集光光学素子によって集光されて前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、
前記電場強度時間波形計測部による前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビームは、前記テラヘルツ波反射部を透過して前記テラヘルツ波と同軸に前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、
前記電場強度時間波形計測部は、前記テラヘルツ波の集光位置を透過した前記プローブビームを検出することによって、前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する、
遺伝子発現制御装置。
【請求項10】
生細胞の遺伝子発現を制御する遺伝子発現制御装置であって、
前記生細胞を培養環境下に保持する培養環境保持部と、
前記培養環境保持部によって培養環境下に保持されている前記生細胞に、パルス状のテラヘルツ波を集光して照射するテラヘルツ波集光照射部と、
前記テラヘルツ波集光照射部によって照射された前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する電場強度時間波形計測部と、
前記生細胞を前記テラヘルツ波の集光位置に固定する生細胞位置決め部とを備え、
前記テラヘルツ波集光照射部は、プローブビームを反射するプローブビーム反射部と透過型集光光学素子とを備え、
前記テラヘルツ波は、前記透過型集光光学素子によって集光されて前記生細胞に照射され、
前記電場強度時間波形計測部による前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられる前記プローブビームは、前記プローブビーム反射部によって反射されて前記テラヘルツ波と同軸に前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、
前記電場強度時間波形計測部は、前記テラヘルツ波の集光位置を透過した前記プローブビームを検出することによって、前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する、
遺伝子発現制御装置。
前記生細胞を培養環境下に保持する培養環境保持部と、
前記培養環境保持部によって培養環境下に保持されている前記生細胞に、パルス状のテラヘルツ波を集光して照射するテラヘルツ波集光照射部と、
前記テラヘルツ波集光照射部によって照射された前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する電場強度時間波形計測部と、
前記生細胞を前記テラヘルツ波の集光位置に固定する生細胞位置決め部とを備え、
前記テラヘルツ波集光照射部は、プローブビームを反射するプローブビーム反射部と透過型集光光学素子とを備え、
前記テラヘルツ波は、前記透過型集光光学素子によって集光されて前記生細胞に照射され、
前記電場強度時間波形計測部による前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられる前記プローブビームは、前記プローブビーム反射部によって反射されて前記テラヘルツ波と同軸に前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、
前記電場強度時間波形計測部は、前記テラヘルツ波の集光位置を透過した前記プローブビームを検出することによって、前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する、
遺伝子発現制御装置。
【請求項11】
生細胞の遺伝子発現を制御する遺伝子発現制御方法であって、
前記生細胞を培養環境下に保持する培養環境保持ステップと、
前記培養環境保持ステップにおいて培養環境下に保持される前記生細胞に、パルス状のテラヘルツ波を集光して照射するテラヘルツ波集光照射ステップと、
前記テラヘルツ波集光照射ステップにおいて照射される前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する電場強度時間波形計測ステップと、
前記生細胞を前記テラヘルツ波の集光位置に固定する生細胞位置決めステップとを備え、
前記テラヘルツ波集光照射ステップでは、前記テラヘルツ波が、穴を有する放物面鏡によって集光されて前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、
前記電場強度時間波形計測ステップにおいて前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビームは、前記穴を介して前記テラヘルツ波と同軸に前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、
前記電場強度時間波形計測ステップでは、前記テラヘルツ波の集光位置を透過した前記プローブビームを検出することによって、前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とが計測される、
遺伝子発現制御方法。
前記生細胞を培養環境下に保持する培養環境保持ステップと、
前記培養環境保持ステップにおいて培養環境下に保持される前記生細胞に、パルス状のテラヘルツ波を集光して照射するテラヘルツ波集光照射ステップと、
前記テラヘルツ波集光照射ステップにおいて照射される前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する電場強度時間波形計測ステップと、
前記生細胞を前記テラヘルツ波の集光位置に固定する生細胞位置決めステップとを備え、
前記テラヘルツ波集光照射ステップでは、前記テラヘルツ波が、穴を有する放物面鏡によって集光されて前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、
前記電場強度時間波形計測ステップにおいて前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビームは、前記穴を介して前記テラヘルツ波と同軸に前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、
前記電場強度時間波形計測ステップでは、前記テラヘルツ波の集光位置を透過した前記プローブビームを検出することによって、前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とが計測される、
遺伝子発現制御方法。
【請求項12】
前記テラヘルツ波および前記プローブビームは、前記テラヘルツ波の集光位置の下側から前記テラヘルツ波の集光位置に照射される、
請求項１１に記載の遺伝子発現制御方法。
請求項１１に記載の遺伝子発現制御方法。
【請求項13】
前記テラヘルツ波の集光位置を記録する記録ステップと、
前記記録ステップにおいて記録された前記テラヘルツ波の集光位置に前記生細胞を移動させる搬送ステップとを備える、
請求項１１に記載の遺伝子発現制御方法。
前記記録ステップにおいて記録された前記テラヘルツ波の集光位置に前記生細胞を移動させる搬送ステップとを備える、
請求項１１に記載の遺伝子発現制御方法。
【請求項14】
前記生細胞位置決めステップでは、前記生細胞を保持する培養ディッシュが用いられ、
前記テラヘルツ波および前記プローブビームは、前記培養ディッシュの底側から前記テラヘルツ波の集光位置に照射される、
請求項１１に記載の遺伝子発現制御方法。
前記テラヘルツ波および前記プローブビームは、前記培養ディッシュの底側から前記テラヘルツ波の集光位置に照射される、
請求項１１に記載の遺伝子発現制御方法。
【請求項15】
前記テラヘルツ波は、前記生細胞に対して非接触かつ非侵襲かつ非破壊的に照射される、
請求項１１に記載の遺伝子発現制御方法。
請求項１１に記載の遺伝子発現制御方法。
【請求項16】
前記生細胞位置決めステップでは、
培養ディッシュと、
前記培養ディッシュ内に配置されるマイクロウェルとが用いられ、
前記マイクロウェルは、貫通している穴部分を有し、
前記生細胞は、前記穴部分に配置されることによって、前記テラヘルツ波の集光位置に固定され、
前記テラヘルツ波の集光位置における前記テラヘルツ波のビーム直径と、前記穴部分の直径とが概略等しい、
請求項１１に記載の遺伝子発現制御方法。
培養ディッシュと、
前記培養ディッシュ内に配置されるマイクロウェルとが用いられ、
前記マイクロウェルは、貫通している穴部分を有し、
前記生細胞は、前記穴部分に配置されることによって、前記テラヘルツ波の集光位置に固定され、
前記テラヘルツ波の集光位置における前記テラヘルツ波のビーム直径と、前記穴部分の直径とが概略等しい、
請求項１１に記載の遺伝子発現制御方法。
【請求項17】
前記生細胞位置決めステップでは、前記生細胞を保持する培養ディッシュが用いられ、
前記培養環境保持ステップでは、前記培養ディッシュ内における温度と湿度と液体培地のｐＨとを制御することによって、前記生細胞が培養環境下に保持される、
請求項１１に記載の遺伝子発現制御方法。
前記培養環境保持ステップでは、前記培養ディッシュ内における温度と湿度と液体培地のｐＨとを制御することによって、前記生細胞が培養環境下に保持される、
請求項１１に記載の遺伝子発現制御方法。
【請求項18】
前記培養環境保持ステップでは、インキュベーターが用いられ、
前記搬送ステップでは、前記インキュベーターを３次元的に移動させることによって、前記生細胞が前記テラヘルツ波の集光位置に移動させられる、
請求項１３に記載の遺伝子発現制御方法。
前記搬送ステップでは、前記インキュベーターを３次元的に移動させることによって、前記生細胞が前記テラヘルツ波の集光位置に移動させられる、
請求項１３に記載の遺伝子発現制御方法。
【請求項19】
生細胞の遺伝子発現を制御する遺伝子発現制御方法であって、
前記生細胞を培養環境下に保持する培養環境保持ステップと、
前記培養環境保持ステップにおいて培養環境下に保持される前記生細胞に、パルス状のテラヘルツ波を集光して照射するテラヘルツ波集光照射ステップと、
前記テラヘルツ波集光照射ステップにおいて照射される前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する電場強度時間波形計測ステップと、
前記生細胞を前記テラヘルツ波の集光位置に固定する生細胞位置決めステップとを備え、
前記テラヘルツ波集光照射ステップでは、前記テラヘルツ波が、テラヘルツ波反射部によって反射されると共に、透過型集光光学素子によって集光されて前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、
前記電場強度時間波形計測ステップにおいて前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビームは、前記テラヘルツ波反射部を透過して前記テラヘルツ波と同軸に前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、
前記電場強度時間波形計測ステップでは、前記テラヘルツ波の集光位置を透過した前記プローブビームを検出することによって、前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とが計測される、
遺伝子発現制御方法。
前記生細胞を培養環境下に保持する培養環境保持ステップと、
前記培養環境保持ステップにおいて培養環境下に保持される前記生細胞に、パルス状のテラヘルツ波を集光して照射するテラヘルツ波集光照射ステップと、
前記テラヘルツ波集光照射ステップにおいて照射される前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する電場強度時間波形計測ステップと、
前記生細胞を前記テラヘルツ波の集光位置に固定する生細胞位置決めステップとを備え、
前記テラヘルツ波集光照射ステップでは、前記テラヘルツ波が、テラヘルツ波反射部によって反射されると共に、透過型集光光学素子によって集光されて前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、
前記電場強度時間波形計測ステップにおいて前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビームは、前記テラヘルツ波反射部を透過して前記テラヘルツ波と同軸に前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、
前記電場強度時間波形計測ステップでは、前記テラヘルツ波の集光位置を透過した前記プローブビームを検出することによって、前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とが計測される、
遺伝子発現制御方法。
【請求項20】
生細胞の遺伝子発現を制御する遺伝子発現制御方法であって、
前記生細胞を培養環境下に保持する培養環境保持ステップと、
前記培養環境保持ステップにおいて培養環境下に保持される前記生細胞に、パルス状のテラヘルツ波を集光して照射するテラヘルツ波集光照射ステップと、
前記テラヘルツ波集光照射ステップにおいて照射される前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する電場強度時間波形計測ステップと、
前記生細胞を前記テラヘルツ波の集光位置に固定する生細胞位置決めステップとを備え、
前記テラヘルツ波集光照射ステップでは、前記テラヘルツ波が、透過型集光光学素子によって集光されて前記生細胞に照射され、
前記電場強度時間波形計測ステップにおいて前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビームは、プローブビーム反射部によって反射されて前記テラヘルツ波と同軸に前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、
前記電場強度時間波形計測ステップでは、前記テラヘルツ波の集光位置を透過した前記プローブビームを検出することによって、前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とが計測される、
遺伝子発現制御方法。
前記生細胞を培養環境下に保持する培養環境保持ステップと、
前記培養環境保持ステップにおいて培養環境下に保持される前記生細胞に、パルス状のテラヘルツ波を集光して照射するテラヘルツ波集光照射ステップと、
前記テラヘルツ波集光照射ステップにおいて照射される前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する電場強度時間波形計測ステップと、
前記生細胞を前記テラヘルツ波の集光位置に固定する生細胞位置決めステップとを備え、
前記テラヘルツ波集光照射ステップでは、前記テラヘルツ波が、透過型集光光学素子によって集光されて前記生細胞に照射され、
前記電場強度時間波形計測ステップにおいて前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビームは、プローブビーム反射部によって反射されて前記テラヘルツ波と同軸に前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、
前記電場強度時間波形計測ステップでは、前記テラヘルツ波の集光位置を透過した前記プローブビームを検出することによって、前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とが計測される、
遺伝子発現制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、遺伝子発現制御装置および遺伝子発現制御方法に関する。特に、本発明は、細胞工学技術およびテラヘルツ波技術を用いた、培養中細胞の遺伝子発現制御技術に関する。
【背景技術】
【0002】
テラヘルツ波とは、周波数で３０ＧＨｚ（３×１０１０Ｈｚ）から３０ＴＨｚ（３×１０１５Ｈｚ）、真空中の波長で０．０２ｍから３０μｍの範囲に含まれる電磁波である。昨今の技術進歩により位相の揃ったテラヘルツ波がビームとして得られるようになり、また広帯域化と高強度化、短パルス化が進展した。現在では、１ＭＶ／ｃｍを超える電場強度を１ｐｓ（１０－１２ｓ）程度持続する高強度テラヘルツ波パルスがベンチトップ装置で得られ、物性研究に利用され始めている。また、テラヘルツ波のエネルギーは分子振動の特徴的なエネルギーやタンパクを形成する炭素骨格の振動エネルギー帯であるため、分子の検出や同定に応用されつつある。
【0003】
多能性細胞とは、各種臓器や器官に分化しうる能力を備えた細胞を指す。特に、人工多能性細胞と呼ばれる細胞は、体組織等へ分化した細胞に対して、複数の遺伝子を導入することによってその性質を人為的に改変し、本来発現されない多能性を再発現するように細工がされた細胞を指す。ヒト由来人工多能性細胞（human induced pluripotent stem cells、ｈｉＰＳＣｓ）とは、このような人工多能性細胞を人体組織から採取した細胞から作り出した、分化多能性を有する細胞である。このような多能性細胞は、再生医療の材料としてその応用が期待されている。
【0004】
多能性細胞の応用においては、その癌化の抑制と分化の制御が非常に重要である。現在は、多能性細胞培養環境の温度制御や、物理的・化学的刺激によって分化制御する試みがなされている。例えば特許文献１には、線維芽細胞に特定の周波数のテラヘルツ波を照射することによって、細胞を活性化させる技術が開示されている。また特許文献２には、物質に対し機械的な刺激を加えることやテラヘルツ波を照射することにより、薬剤の結晶状態や細胞の分化状態を調整する物質調整装置にかかわる技術が開示されている。
【0005】
多能性細胞や幹細胞に特化した例として、非特許文献１には、中心周波数１０ＴＨｚのテラヘルツ波パルスを照射することにより、テラヘルツ波によって特異的に励起可能な分子振動を利用したマウス由来間充織幹細胞における遺伝子発現を変調する技術が開示されている。また非特許文献２には、テラヘルツ波を照射することで、マウス由来幹細胞内における脂肪蓄積を誘発できる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】国際公開第２０１１／１２５６００号
【特許文献2】特開２００９－１５３４２１号公報
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】B. S. Alexandrov et al., “Specificity and Heterogeneity of Terahertz Radiation Effect on Gene Expression in Mouse Mesenchymal Stem Cells” Sci. Rep. 3,1184 (2013).
【非特許文献2】J. Bock et al., “Mammalian Stem Cells Reprogramming in Response to Terahertz Radiation” PLoS ONE 5, e15806 (2010).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献１および特許文献２に開示されているいずれの技術においても、テラヘルツ波を照射する物質が保持される環境は制御されておらず、培養条件下で保持された生細胞を用いることができないという課題がある。
また、非特許文献１および非特許文献２に開示されているいずれの技術においても、細胞が大気中に放置されているため、温度と湿度、炭酸ガス濃度または培地のｐＨを最適な培養条件に維持できない。そのため、生細胞を最適な条件で培養したまま、温度等の外的要因を排除した状態で長時間のテラヘルツ波を照射できないという課題がある。
さらに、非特許文献１および非特許文献２に開示されているいずれの技術においても、テラヘルツ波を集光することなく細胞を培養しているディッシュ全体に照射している。そのため細胞へ印加できるテラヘルツ波の電場は弱く、照射条件が不均一になるという課題がある。
また、非特許文献１および非特許文献２に開示されているいずれの技術においても、細胞が大気中に放置されているため、温度と湿度、炭酸ガス濃度または培地のｐＨを最適な培養条件に維持できない。そのため、生細胞を最適な条件で培養したまま、温度等の外的要因を排除した状態で長時間のテラヘルツ波を照射できないという課題がある。
さらに、非特許文献１および非特許文献２に開示されているいずれの技術においても、テラヘルツ波を集光することなく細胞を培養しているディッシュ全体に照射している。そのため細胞へ印加できるテラヘルツ波の電場は弱く、照射条件が不均一になるという課題がある。
【0009】
また、特許文献１に開示されている技術においては細胞を活性化させることが可能であり、特許文献２に開示されている技術においては物質の調整促進や細胞分化の促進が可能であるが、遺伝子発現の促進と抑制はできないという課題がある。
非特許文献１および非特許文献２に開示されている技術においても、マウス由来の細胞における遺伝子発現の変調が可能であるが、継代培養可能なヒト由来生細胞の遺伝子発現を亢進ならびに抑制することができない課題がある。
非特許文献１および非特許文献２に開示されている技術においても、マウス由来の細胞における遺伝子発現の変調が可能であるが、継代培養可能なヒト由来生細胞の遺伝子発現を亢進ならびに抑制することができない課題がある。
【0010】
以上のように、これまでに報告されている技術については、生細胞の保持方法において温度と湿度と炭酸ガス濃度または培地のｐＨの３条件が生細胞の培養にとって最適ではないという課題があった。
また、テラヘルツ波の照射に関しても対象へ印加している電場強度の時間波形および電場方向の制御性が低く、印加可能な電場が弱いという課題もある。
さらに、細胞をディッシュで培養するのみなので、細胞が運動してその位置を変えると、テラヘルツの照射条件が変化してしまい、テラヘルツの照射条件を制御できないという課題もある。
そのため従来技術においては、生細胞を最適な環境下に保持したまま制御性良くテラヘルツ波を照射し、非接触・非破壊・非侵襲的に継代培養可能なヒト由来生細胞の遺伝子発現の促進と抑制の両方を実現できないという課題を有する。
また、テラヘルツ波の照射に関しても対象へ印加している電場強度の時間波形および電場方向の制御性が低く、印加可能な電場が弱いという課題もある。
さらに、細胞をディッシュで培養するのみなので、細胞が運動してその位置を変えると、テラヘルツの照射条件が変化してしまい、テラヘルツの照射条件を制御できないという課題もある。
そのため従来技術においては、生細胞を最適な環境下に保持したまま制御性良くテラヘルツ波を照射し、非接触・非破壊・非侵襲的に継代培養可能なヒト由来生細胞の遺伝子発現の促進と抑制の両方を実現できないという課題を有する。
【0011】
本発明は、上記課題に鑑み、温度と湿度と培地のｐＨが培養にとって最適な条件に保持された生細胞へ高強度テラヘルツ波を集光照射することにより、テラヘルツ波を照射後も培養・増殖が可能な、非接触・非破壊・非侵襲的な手段による生細胞における遺伝子発現の活性化と抑制といった両方向の制御が可能な技術を提供することを目的とする。
つまり、本発明は、生細胞を培養環境下に保持したまま生細胞の遺伝子発現の促進および抑制の両方を制御することができる遺伝子発現制御装置および遺伝子発現制御方法を提供することを目的とする。
つまり、本発明は、生細胞を培養環境下に保持したまま生細胞の遺伝子発現の促進および抑制の両方を制御することができる遺伝子発現制御装置および遺伝子発現制御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】
【0012】
本発明の一態様は、生細胞の遺伝子発現を制御する遺伝子発現制御装置であって、前記生細胞を培養環境下に保持する培養環境保持部と、前記培養環境保持部によって培養環境下に保持されている前記生細胞に、パルス状のテラヘルツ波を集光して照射するテラヘルツ波集光照射部と、前記テラヘルツ波集光照射部によって照射された前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する電場強度時間波形計測部と、前記生細胞を前記テラヘルツ波の集光位置に固定する生細胞位置決め部とを備え、前記テラヘルツ波集光照射部は、穴を有する放物面鏡を備え、前記テラヘルツ波は、前記放物面鏡によって集光されて前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、前記電場強度時間波形計測部による前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビームは、前記穴を介して前記テラヘルツ波と同軸に前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、前記電場強度時間波形計測部は、前記テラヘルツ波の集光位置を透過した前記プローブビームを検出することによって、前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する、遺伝子発現制御装置である。
【0013】
本発明の一態様は、生細胞の遺伝子発現を制御する遺伝子発現制御装置であって、前記生細胞を培養環境下に保持する培養環境保持部と、前記培養環境保持部によって培養環境下に保持されている前記生細胞に、パルス状のテラヘルツ波を集光して照射するテラヘルツ波集光照射部と、前記テラヘルツ波集光照射部によって照射された前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する電場強度時間波形計測部と、前記生細胞を前記テラヘルツ波の集光位置に固定する生細胞位置決め部とを備え、前記テラヘルツ波集光照射部は、前記テラヘルツ波を反射するテラヘルツ波反射部と透過型集光光学素子とを備え、前記テラヘルツ波は、前記透過型集光素子によって集光されて前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、前記電場強度時間波形計測部による前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビームは、前記テラヘルツ波反射部を透過して前記テラヘルツ波と同軸に前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、前記電場強度時間波形計測部は、前記テラヘルツ波の集光位置を透過した前記プローブビームを検出することによって、前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する、遺伝子発現制御装置である。
【0014】
本発明の一態様は、生細胞の遺伝子発現を制御する遺伝子発現制御装置であって、前記生細胞を培養環境下に保持する培養環境保持部と、前記培養環境保持部によって培養環境下に保持されている前記生細胞に、パルス状のテラヘルツ波を集光して照射するテラヘルツ波集光照射部と、前記テラヘルツ波集光照射部によって照射された前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する電場強度時間波形計測部と、前記生細胞を前記テラヘルツ波の集光位置に固定する生細胞位置決め部とを備え、前記テラヘルツ波集光照射部は、プローブビームを反射するプローブビーム反射部と透過型集光光学素子とを備え、前記テラヘルツ波は、前記透過型集光光学素子によって集光されて前記生細胞に照射され、前記電場強度時間波形計測部による前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプ前記ローブビームは、前記プローブビーム反射部によって反射されて前記テラヘルツ波と同軸に前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、前記電場強度時間波形計測部は、前記テラヘルツ波の集光位置を透過した前記プローブビームを検出することによって、前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する、遺伝子発現制御装置である。
【0015】
本発明の一態様は、生細胞の遺伝子発現を制御する遺伝子発現制御方法であって、前記生細胞を培養環境下に保持する培養環境保持ステップと、前記培養環境保持ステップにおいて培養環境下に保持される前記生細胞に、パルス状のテラヘルツ波を集光して照射するテラヘルツ波集光照射ステップと、前記テラヘルツ波集光照射ステップにおいて照射される前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する電場強度時間波形計測ステップと、前記生細胞を前記テラヘルツ波の集光位置に固定する生細胞位置決めステップとを備え、前記テラヘルツ波集光照射ステップでは、前記テラヘルツ波が、穴を有する放物面鏡によって集光されて前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、前記電場強度時間波形計測ステップにおいて前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビームは、前記穴を介して前記テラヘルツ波と同軸に前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、前記電場強度時間波形計測ステップでは、前記テラヘルツ波の集光位置を透過した前記プローブビームを検出することによって、前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とが計測される、遺伝子発現制御方法である。
【0016】
本発明の一態様は、生細胞の遺伝子発現を制御する遺伝子発現制御方法であって、前記生細胞を培養環境下に保持する培養環境保持ステップと、前記培養環境保持ステップにおいて培養環境下に保持される前記生細胞に、パルス状のテラヘルツ波を集光して照射するテラヘルツ波集光照射ステップと、前記テラヘルツ波集光照射ステップにおいて照射される前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する電場強度時間波形計測ステップと、前記生細胞を前記テラヘルツ波の集光位置に固定する生細胞位置決めステップとを備え、前記テラヘルツ波集光照射ステップでは、前記テラヘルツ波が、テラヘルツ波反射部によって反射されると共に、透過型集光光学素子によって集光されて前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、前記電場強度時間波形計測ステップにおいて前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビームは、前記テラヘルツ波反射部を透過して前記テラヘルツ波と同軸に前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、前記電場強度時間波形計測ステップでは、前記テラヘルツ波の集光位置を透過した前記プローブビームを検出することによって、前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とが計測される、遺伝子発現制御方法である。
【0017】
本発明の一態様は、生細胞の遺伝子発現を制御する遺伝子発現制御方法であって、前記生細胞を培養環境下に保持する培養環境保持ステップと、前記培養環境保持ステップにおいて培養環境下に保持される前記生細胞に、パルス状のテラヘルツ波を集光して照射するテラヘルツ波集光照射ステップと、前記テラヘルツ波集光照射ステップにおいて照射される前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とを計測する電場強度時間波形計測ステップと、前記生細胞を前記テラヘルツ波の集光位置に固定する生細胞位置決めステップとを備え、前記テラヘルツ波集光照射ステップでは、前記テラヘルツ波が、透過型集光光学素子によって集光されて前記生細胞に照射され、前記電場強度時間波形計測ステップにおいて前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビームは、プローブビーム反射部によって反射されて前記テラヘルツ波と同軸に前記テラヘルツ波の集光位置に照射され、前記電場強度時間波形計測ステップでは、前記テラヘルツ波の集光位置を透過した前記プローブビームを検出することによって、前記テラヘルツ波の集光位置における電場強度の時間波形と電場方向とが計測される、遺伝子発現制御方法である。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、非接触・非破壊・非侵襲的な手段によって生細胞の遺伝子発現を活性化または抑制することが可能となる。生細胞を培養環境下に保持することによって、遺伝子発現を活性化または抑制した後の生細胞を継代培養して利用することが可能となる。
すなわち、本発明によれば、生細胞を培養環境下に保持したまま生細胞の遺伝子発現の促進および抑制の両方を制御することができる遺伝子発現制御装置および遺伝子発現制御方法を提供することができる。
すなわち、本発明によれば、生細胞を培養環境下に保持したまま生細胞の遺伝子発現の促進および抑制の両方を制御することができる遺伝子発現制御装置および遺伝子発現制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】第１実施形態の遺伝子発現制御装置１の構成の一例を示す斜視図である。
【図5】マイクロウェル１３３の穴部分１３３Ａとテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａとの一例を示す図である。
【図6】電場強度時間波形計測部１Ｃがテラヘルツ波集光照射部１Ｂによって照射されたテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向とを計測する手法の一例を示す図である。
【図7】テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａを確認する手法の一例などを示す図である。
【図8】テラヘルツカメラによって記録されたテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける二次元画像の一例を示す図である。
【図9】電場強度時間波形計測部１Ｃによって計測されたテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形の一例を示す図である。
【図13】マイクロウェル１３３内で培養されているｈｉＰＳＣｓの光学顕微鏡写真の一例を示す図である。
【図14】インキュベーター１０４内に保持されたマイクロウェル１３３付き培養ディッシュ１０３で培養されたｈｉＰＳＣｓに電場強度５００ｋＶ／ｃｍ、持続時間１ｐｓのテラヘルツ波１０１を１時間照射した後、ｈｉＰＳＣｓから抽出されたＲＮＡの網羅的遺伝子解析によって明らかとなった遺伝子変化の一例を表すボルケーノプロットである。
【図15】遺伝子解析の結果、ｈｉＰＳＣｓにおいて発現の上昇が明らかになった遺伝子を、その機能によってグループ化した結果の一例を示す図である。
【図16】遺伝子解析の結果、ｈｉＰＳＣｓにおいて発現が抑制された遺伝子を、その機能によってグループ化した結果の一例を示す図である。
【図17】同一の培養ディッシュ１０３で同時に培養されたｈｉＰＳＣｓの、テラヘルツ波１０１が照射されたｈｉＰＳＣｓと非照射ｈｉＰＳＣｓにおける、多能性を司る４つの遺伝子の発現を分析した結果の一例を示す図である。
【図18】同一の培養ディッシュ１０３で同時に培養されたｈｉＰＳＣｓの、テラヘルツ波１０１が照射されたｈｉＰＳＣｓと非照射ｈｉＰＳＣｓにおける、２種類のハウスキーピング遺伝子の発現を分析した結果の一例を示す図である。
【図19】第１実施形態の遺伝子発現制御装置１において実行される処理の一例を示すフローチャートである。
【図20】第２実施形態の遺伝子発現制御装置１の構成の一例を示す図である。
【図21】第２実施形態の遺伝子発現制御装置１の構成の他の例を示す図である。
【図22】第３実施形態の遺伝子発現制御装置１の構成の一例を示す図である。
【図23】第３実施形態の遺伝子発現制御装置１の構成の他の例を示す図である。
【図24】第３実施形態の遺伝子発現制御装置１の構成の更に他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の遺伝子発現制御装置および遺伝子発現制御方法の実施形態について説明する。
以下、本発明の遺伝子発現制御装置および遺伝子発現制御方法の実施形態について説明する。
【0021】
図１は第１実施形態の遺伝子発現制御装置１の構成の一例を示す斜視図である。図２は図１に示すテラヘルツ波１０１の発生装置の一例を模式的に示す図である。図３は図１に示す培養ディッシュ１０３の構造の一例を模式的に示す図である。図４は図１に示すインキュベーター１０４の構造の一例を模式的に示す図である。
【0022】
図１～図４に示す例では、遺伝子発現制御装置１が生細胞１３４（図３参照）の遺伝子発現を制御する。遺伝子発現制御装置１は、培養環境保持部１Ａ（図１および図４参照）と、テラヘルツ波集光照射部１Ｂ（図１参照）と、電場強度時間波形計測部１Ｃ（図１参照）と生細胞位置決め部１Ｄ（図３参照）とを備えている。
培養環境保持部１Ａは、生細胞１３４を培養環境下に保持する。
テラヘルツ波集光照射部１Ｂは、培養環境保持部１Ａによって培養環境下に保持されている生細胞１３４に、パルス状のテラヘルツ波１０１を集光して照射する。テラヘルツ波集光照射部１Ｂは、穴１０２Ａを有する放物面鏡１０２を備えている。テラヘルツ波１０１は、放物面鏡１０２によって集光されてテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。
電場強度時間波形計測部１Ｃは、テラヘルツ波集光照射部１Ｂによって照射されたテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向とを計測する。電場強度時間波形計測部１Ｃによるテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビーム１１０は、放物面鏡１０２の穴１０２Ａを介してテラヘルツ波１０１と同軸（詳細には、放物面鏡１０２によって反射されたテラヘルツ波１０１と同軸）にテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。電場強度時間波形計測部１Ｃは、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａを透過したプローブビーム１１０を検出することによって、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向とを計測する。
生細胞位置決め部１Ｄ（図３参照）は、生細胞１３４（図３参照）をテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに固定する。
培養環境保持部１Ａは、生細胞１３４を培養環境下に保持する。
テラヘルツ波集光照射部１Ｂは、培養環境保持部１Ａによって培養環境下に保持されている生細胞１３４に、パルス状のテラヘルツ波１０１を集光して照射する。テラヘルツ波集光照射部１Ｂは、穴１０２Ａを有する放物面鏡１０２を備えている。テラヘルツ波１０１は、放物面鏡１０２によって集光されてテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。
電場強度時間波形計測部１Ｃは、テラヘルツ波集光照射部１Ｂによって照射されたテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向とを計測する。電場強度時間波形計測部１Ｃによるテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビーム１１０は、放物面鏡１０２の穴１０２Ａを介してテラヘルツ波１０１と同軸（詳細には、放物面鏡１０２によって反射されたテラヘルツ波１０１と同軸）にテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。電場強度時間波形計測部１Ｃは、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａを透過したプローブビーム１１０を検出することによって、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向とを計測する。
生細胞位置決め部１Ｄ（図３参照）は、生細胞１３４（図３参照）をテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに固定する。
【0023】
詳細には、テラヘルツ波１０１およびプローブビーム１１０は、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａの下側（図１の下側）からテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。
【0024】
図１および図４に示す例では、培養環境保持部１Ａが、培養ディッシュ１０３と、インキュベーター１０４と、穴１０５Ａを有するインキュベーター光路用蓋１０５と、インキュベーター水槽用蓋１０６と、隔壁１４１と、ヒーター１４２と、湿度計１４３と、温度計１４４と、密封シール１４５と、蓋１４６と、水供給用パイプ１４７と、空気供給用パイプ１４８とを備えている。
培養ディッシュ１０３は、生細胞１３４（図３参照）を保持する。インキュベーター１０４は、生細胞１３４を培養するための装置である。インキュベーター光路用蓋１０５およびインキュベーター水槽用蓋１０６は、インキュベーター１０４の上部の開口を塞ぐために用いられる。インキュベーター光路用蓋１０５の穴１０５Ａは、プローブビーム１１０を透過させるための穴である。電場強度時間波形計測部１Ｃによる計測が行われない時（つまり、プローブビーム１１０を透過させる必要がない時）には、インキュベーター光路用蓋１０５の穴１０５Ａが、蓋１４６によって塞がれる。
隔壁１４１は、培養ディッシュ１０３を保持する空間（図４の左側の空間）と、水１４９を溜める空間（図４の右側の空間）とを分けるためにインキュベーター１０４の内部に配置される。水１４９は、インキュベーター１０４の内部の湿度を維持するために用いられる。ヒーター１４２は、温度計１４４によるインキュベーター１０４の内部の温度の実測値と設定値の差に応じてインキュベーター１０４の内部の温度を上昇させ、インキュベーター１０４の内部の温度を一定に保つために用いられる。湿度計１４３はインキュベーター１０４の内部の湿度を測定し、高湿度が維持されているか否かを確認するために利用される。
培養ディッシュ１０３は、生細胞１３４（図３参照）を保持する。インキュベーター１０４は、生細胞１３４を培養するための装置である。インキュベーター光路用蓋１０５およびインキュベーター水槽用蓋１０６は、インキュベーター１０４の上部の開口を塞ぐために用いられる。インキュベーター光路用蓋１０５の穴１０５Ａは、プローブビーム１１０を透過させるための穴である。電場強度時間波形計測部１Ｃによる計測が行われない時（つまり、プローブビーム１１０を透過させる必要がない時）には、インキュベーター光路用蓋１０５の穴１０５Ａが、蓋１４６によって塞がれる。
隔壁１４１は、培養ディッシュ１０３を保持する空間（図４の左側の空間）と、水１４９を溜める空間（図４の右側の空間）とを分けるためにインキュベーター１０４の内部に配置される。水１４９は、インキュベーター１０４の内部の湿度を維持するために用いられる。ヒーター１４２は、温度計１４４によるインキュベーター１０４の内部の温度の実測値と設定値の差に応じてインキュベーター１０４の内部の温度を上昇させ、インキュベーター１０４の内部の温度を一定に保つために用いられる。湿度計１４３はインキュベーター１０４の内部の湿度を測定し、高湿度が維持されているか否かを確認するために利用される。
【0025】
インキュベーター１０４の底部は、テラヘルツ波１０１およびプローブビーム１１０を透過させるための開口を有する。インキュベーター１０４の底部の開口は、培養ディッシュ１０３の底部によって塞がれる。テラヘルツ波１０１は、インキュベーター１０４の底部によって遮られることなく、培養ディッシュ１０３の底部に照射される。
培養ディッシュ１０３に生細胞１３４（図３参照）が含まれている場合には、インキュベーター１０４の内部の環境が、培養環境として設定される。インキュベーター１０４の内部の培養環境を維持するために、インキュベーター１０４の上部の開口は、インキュベーター光路用蓋１０５と蓋１４６とインキュベーター水槽用蓋１０６とよって塞がれる。
インキュベーター１０４の内部の培養環境を特に精密に制御・維持したい場合には、培養ディッシュ１０３とインキュベーター１０４とが接する箇所、蓋１４６とインキュベーター１０４とが接する箇所（詳細には、蓋１４６とインキュベーター光路用蓋１０５とが接する箇所およびインキュベーター光路用蓋１０５とインキュベーター１０４とが接する箇所）等に、密封シール１４５を用いるとよい。そうすることで隙間が塞がれ、温度と湿度を、培養に適した環境に長時間維持できる。
培養ディッシュ１０３に生細胞１３４（図３参照）が含まれている場合には、インキュベーター１０４の内部の環境が、培養環境として設定される。インキュベーター１０４の内部の培養環境を維持するために、インキュベーター１０４の上部の開口は、インキュベーター光路用蓋１０５と蓋１４６とインキュベーター水槽用蓋１０６とよって塞がれる。
インキュベーター１０４の内部の培養環境を特に精密に制御・維持したい場合には、培養ディッシュ１０３とインキュベーター１０４とが接する箇所、蓋１４６とインキュベーター１０４とが接する箇所（詳細には、蓋１４６とインキュベーター光路用蓋１０５とが接する箇所およびインキュベーター光路用蓋１０５とインキュベーター１０４とが接する箇所）等に、密封シール１４５を用いるとよい。そうすることで隙間が塞がれ、温度と湿度を、培養に適した環境に長時間維持できる。
【0026】
長時間の培養においては、水供給用パイプ１４７を使って水１４９を補給することができる。また、空気供給用パイプ１４８の先端を水１４９に沈めたまま空気を供給することによって、水１４９を強制的に蒸発させ、インキュベーター１０４の内部の湿度をより高く保つことができる。空気供給用パイプ１４８からは炭酸ガス５％濃度の空気を供給することが望ましいが、一般的な空気を用いる場合には、生細胞１３４（図３参照）を培養するための培地にｐＨ緩衝剤を組み合わせて利用することにより、生細胞１３４の育成環境のｐＨを最適に維持することが可能となる。
図１に示す例では、インキュベーター水槽用蓋１０６に穴があけられている。インキュベーター水槽用蓋１０６の穴は、インキュベーター１０４の内部に設置された温度計１４４や湿度計１４３を駆動し測定結果を随時モニターするため必要な配線、インキュベーター１０４内のヒーター１４２へ電流を流す配線、水供給用パイプ１４７および空気供給用パイプ１４８を通すための穴である。配線・配管後はパテなどで封をすることでインキュベーター１０４の内部を外気と遮断することができる。
図１に示す例では、インキュベーター水槽用蓋１０６に穴があけられている。インキュベーター水槽用蓋１０６の穴は、インキュベーター１０４の内部に設置された温度計１４４や湿度計１４３を駆動し測定結果を随時モニターするため必要な配線、インキュベーター１０４内のヒーター１４２へ電流を流す配線、水供給用パイプ１４７および空気供給用パイプ１４８を通すための穴である。配線・配管後はパテなどで封をすることでインキュベーター１０４の内部を外気と遮断することができる。
【0027】
【0028】
図１に示すテラヘルツ波１０１は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶などの非線形光学結晶１２６（図２参照）を用い、パルス波面傾斜法によって発生させることができる。この手法では、テラヘルツ波１０１の高強度化が可能であり、直線偏光で集光性の良いテラヘルツ波１０１のビームが得られる。
図２に示すパルス波面傾斜法の一例では、励起光源として、近赤外域の超短光パルスレーザー１２１が用いられる。超短光パルスレーザー１２１を、回折格子１２２によって回折させ、レンズ１２３とレンズ１２５とを通すことにより波面の傾いたビームを非線形光学結晶１２６中に集光し、テラヘルツ光（示すテラヘルツ波１０１）を高効率に発生するための位相整合条件を実現する。このビームの偏光方向は、二分の一波長板１２４によって９０度回転させられ、非線形光学結晶１２６であるＬｉＮｂＯ３結晶のｃ軸方向に偏光させられる。このとき、レンズ１２３とレンズ１２５の焦点距離の比によって、非線形光学結晶１２６の内部での励起レーザー（超短光パルスレーザー１２１）の波面の光伝搬軸に対する角度を最適化することができ、テラヘルツ波１０１の発生効率を極大化できる。
図２に示すパルス波面傾斜法の一例では、励起光源として、近赤外域の超短光パルスレーザー１２１が用いられる。超短光パルスレーザー１２１を、回折格子１２２によって回折させ、レンズ１２３とレンズ１２５とを通すことにより波面の傾いたビームを非線形光学結晶１２６中に集光し、テラヘルツ光（示すテラヘルツ波１０１）を高効率に発生するための位相整合条件を実現する。このビームの偏光方向は、二分の一波長板１２４によって９０度回転させられ、非線形光学結晶１２６であるＬｉＮｂＯ３結晶のｃ軸方向に偏光させられる。このとき、レンズ１２３とレンズ１２５の焦点距離の比によって、非線形光学結晶１２６の内部での励起レーザー（超短光パルスレーザー１２１）の波面の光伝搬軸に対する角度を最適化することができ、テラヘルツ波１０１の発生効率を極大化できる。
【0029】
テラヘルツ波１０１を発生させるためには、非線形光学結晶１２６として、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶の他に、4-N,N-dimethylamino-4’-N’-methyl-stilbazolium tosylate（ＤＡＳＴ）や4-N,N-dimethylamino-4'-N'-methylstilbazolium 2,4,6-trimethylbenzenesulfonate（ＤＳＴＭＳ）や(2-(3-(4-Hydroxystyryl)-5,5-dimethylcyclohex-2-enylidene) malononitrile)（ＯＨ１）等の有機結晶を用いてもよいし、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）やガリウムリン（ＧａＰ）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）等の無機結晶を用いてもよい。
【0030】
また、テラヘルツ波１０１を発生させる方法も、図２に示すパルス波面傾斜法に限らない。非線形光学結晶１２６とパルスレーザー（図示せず）を組み合わせた差周波数発生や光整流効果を利用した発生を用いてもよいし、光電動アンテナ（図示せず）とパルスレーザーを組み合わせた発生方法を利用してもよい。
【0031】
テラヘルツ波１０１の電場強度は、例えば二つの直線偏光子（図示せず）を用いて制御できる。二つの直線偏光子における、透過軸の方向を相対的に変化させることにより、任意強度に電場を弱めることが可能である。偏光子には、例えばワイヤーグリッド偏光子などが有効である。
または、直線偏光子と二分の一波長板（図示せず）を組み合わせた光学系を用いてもよい。この場合は、二分の一波長板の光軸方向を直線偏光子の透過軸方向に対して相対的に回転させることによって、偏光子を透過した後の電場強度を任意に弱めることができる。
または、既知の屈折率ｎをもつ平板（図示せず）を用いてもよい。この場合、テラヘルツ波１０１の平板への入射角度をθとすると、フレネル反射によってｐ偏光は（１）式で示すフレネル係数ｒｐだけ、ｓ偏光の場合では、（２）式で示すフレネル係数ｒｓだけ、電場が反射される。そのため、屈折率の異なる平板を複数枚利用することで、平板を透過するテラヘルツ波１０１の電場を任意に弱めることができる。
または、直線偏光子と二分の一波長板（図示せず）を組み合わせた光学系を用いてもよい。この場合は、二分の一波長板の光軸方向を直線偏光子の透過軸方向に対して相対的に回転させることによって、偏光子を透過した後の電場強度を任意に弱めることができる。
または、既知の屈折率ｎをもつ平板（図示せず）を用いてもよい。この場合、テラヘルツ波１０１の平板への入射角度をθとすると、フレネル反射によってｐ偏光は（１）式で示すフレネル係数ｒｐだけ、ｓ偏光の場合では、（２）式で示すフレネル係数ｒｓだけ、電場が反射される。そのため、屈折率の異なる平板を複数枚利用することで、平板を透過するテラヘルツ波１０１の電場を任意に弱めることができる。
【0032】
【数1】
【0033】
【数2】
【0034】
またはテラヘルツ周波数帯に吸収を持つ物質で作られた板（図示せず）を通すことによって電場を弱めることが可能である。この場合は、板の吸収係数をαとして板の厚さをｌとすると、ｅ－αｌ／２だけ電場を弱められる。
上記の方法を適宜組み合わせて電場強度を制御することも可能である。
上記の方法を適宜組み合わせて電場強度を制御することも可能である。
【0035】
テラヘルツ波１０１の電場方向は、例えば二分の一波長板（図示せず）を用いることで制御できる。
四分の一波長板（図示せず）を用いると、時間と共に電場方向が変化する円偏光のような電場を作ることもできる。
上記の電場強度制御手段と合わせることで、任意の電場強度と任意の電場方向を持つテラヘルツ波１０１を生細胞１３４へ照射することが可能となる。
四分の一波長板（図示せず）を用いると、時間と共に電場方向が変化する円偏光のような電場を作ることもできる。
上記の電場強度制御手段と合わせることで、任意の電場強度と任意の電場方向を持つテラヘルツ波１０１を生細胞１３４へ照射することが可能となる。
【0036】
培養ディッシュ１０３は、上述したように培養環境保持部１Ａの一部として機能するのみならず、生細胞位置決め部１Ｄ（図３参照）の一部としても機能する。
図３に示す例では、生細胞位置決め部１Ｄが、培養ディッシュ１０３と、ガラスボトム１３２と、貫通している穴部分１３３Ａを有するマイクロウェル１３３とを備えている。
図３に示す例では、生細胞位置決め部１Ｄが、培養ディッシュ１０３と、ガラスボトム１３２と、貫通している穴部分１３３Ａを有するマイクロウェル１３３とを備えている。
【0037】
培養ディッシュ１０３は一般に樹脂製であるが、培養ディッシュ１０３の底部の中央には、穴１０３Ａがあけられている。穴１０３Ａは、薄いガラス板であるガラスボトム１３２を培養ディッシュ１０３の底部に張り付けることによって塞がれる。
培養ディッシュ１０３内には、例えば紫外線硬化型シリコーンゴムＰＤＭＳやフッ素樹脂ＰＴＦＥ、ポリエーテルエーテルケトンＰＥＥＫなどの生体適合材料などを用いて構築されたマイクロウェル１３３が配置される。マイクロウェル１３３の貫通している穴部分１３３Ａは、ガラスボトム１３２に達している。
マイクロウェル１３３の表面が、ポリリジンなどのポリマー材料や、もしくは細胞外基質タンパク質など細胞外環境を再現する材料でコーティングされることにより、生細胞１３４は、より低ストレスでマイクロウェル１３３に着床できる。
生細胞１３４は、マイクロウェル１３３の穴部分１３３Ａに配置されることによって、テラヘルツ波１０１（図１および図５参照）の集光位置１０１Ａ（図１および図５参照）に固定される。
培養ディッシュ１０３内には、例えば紫外線硬化型シリコーンゴムＰＤＭＳやフッ素樹脂ＰＴＦＥ、ポリエーテルエーテルケトンＰＥＥＫなどの生体適合材料などを用いて構築されたマイクロウェル１３３が配置される。マイクロウェル１３３の貫通している穴部分１３３Ａは、ガラスボトム１３２に達している。
マイクロウェル１３３の表面が、ポリリジンなどのポリマー材料や、もしくは細胞外基質タンパク質など細胞外環境を再現する材料でコーティングされることにより、生細胞１３４は、より低ストレスでマイクロウェル１３３に着床できる。
生細胞１３４は、マイクロウェル１３３の穴部分１３３Ａに配置されることによって、テラヘルツ波１０１（図１および図５参照）の集光位置１０１Ａ（図１および図５参照）に固定される。
【0038】
図５はマイクロウェル１３３の穴部分１３３Ａとテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａとの一例を示す図である。
図３および図５に示す例では、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおけるテラヘルツ波１０１のスポット径と、マイクロウェル１３３の穴部分１３３Ａの直径とが概略等しい。
図３および図５に示す例では、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおけるテラヘルツ波１０１のスポット径と、マイクロウェル１３３の穴部分１３３Ａの直径とが概略等しい。
【0039】
そのため、図３および図５に示す例では、マイクロウェル１３３の穴部分１３３Ａの底にのみ生細胞１３４を生やすことで、特定の生細胞１３４にのみ選択的に、確実にテラヘルツ波１０１を照射可能となる。
また、培養ディッシュ１０３の全体に液体培地１３５を満たすことにより、生細胞１３４および生細胞１３６（生細胞１３６には、テラヘルツ波１０１が照射されない。）は、生きるために必要な養分を摂取でき、また老廃物の廃棄も可能となり、培養条件を維持できるようになる。
テラヘルツ波１０１を照射したマイクロウェル１３３のみから生細胞１３４を抽出することによって、テラヘルツ波１０１を印加した生細胞１３４のみを選択的に分析する（つまり、テラヘルツ波１０１が印加されない生細胞１３６と比較して分析する）ことが可能である。
また、培養ディッシュ１０３の全体に液体培地１３５を満たすことにより、生細胞１３４および生細胞１３６（生細胞１３６には、テラヘルツ波１０１が照射されない。）は、生きるために必要な養分を摂取でき、また老廃物の廃棄も可能となり、培養条件を維持できるようになる。
テラヘルツ波１０１を照射したマイクロウェル１３３のみから生細胞１３４を抽出することによって、テラヘルツ波１０１を印加した生細胞１３４のみを選択的に分析する（つまり、テラヘルツ波１０１が印加されない生細胞１３６と比較して分析する）ことが可能である。
【0040】
図１および図５に示す例では、テラヘルツ波１０１およびプローブビーム１１０は、培養ディッシュ１０３の底側（図１および図５の下側）からテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。
また、テラヘルツ波１０１は、生細胞１３４に対して非接触かつ非侵襲かつ非破壊的に照射される。
また、テラヘルツ波１０１は、生細胞１３４に対して非接触かつ非侵襲かつ非破壊的に照射される。
【0041】
生細胞１３４を設置する培養ディッシュ１０３の底面側から、集光光学系を用いてテラヘルツ波１０１を集光照射することによって、液体培地１３５によるテラヘルツ波１０１の吸収を避け、培養ディッシュ１０３の底部のガラスボトム１３２の表面による反射と薄いガラスボトム１３２による吸収のみにテラヘルツ波１０１の減衰を抑え、最大効率で最大強度のテラヘルツ波１０１の電場を生細胞１３４に印加可能である。
図１および図５に示す例では、テラヘルツ波１０１を集光する光学系として、例えば金属製の軸外し放物面鏡１０２が用いられるが、他の例では、代わりに、透過型光学素子（例えば後述する透過型集光光学素子９９６、９９８等）を用いてもよい。
図１および図５に示す例では、テラヘルツ波１０１を集光する光学系として、例えば金属製の軸外し放物面鏡１０２が用いられるが、他の例では、代わりに、透過型光学素子（例えば後述する透過型集光光学素子９９６、９９８等）を用いてもよい。
【0042】
図５に示す例では、複数のマイクロウェル１３３が、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおけるテラヘルツ波１０１のスポット径の５～１０倍の間隔をあけて単一の培養ディッシュ１０３に配置されている。
テラヘルツ波１０１が照射されないマイクロウェル１３３内の生細胞１３６は、生細胞１３４と同一の液体培地１３５内で培養されており、生細胞１３６の設置場所と生細胞１３４の設置場所とは数ミリメートル～１０ミリメートルしか離れていない。しかしながら、生細胞１３６は、テラヘルツ波１０１の影響を受けていないため、生細胞１３４の比較対象サンプルとしてテラヘルツ波１０１の電場による遺伝子発現に対する効果を定量的に把握するために用いることが可能である。
テラヘルツ波１０１が照射されないマイクロウェル１３３内の生細胞１３６は、生細胞１３４と同一の液体培地１３５内で培養されており、生細胞１３６の設置場所と生細胞１３４の設置場所とは数ミリメートル～１０ミリメートルしか離れていない。しかしながら、生細胞１３６は、テラヘルツ波１０１の影響を受けていないため、生細胞１３４の比較対象サンプルとしてテラヘルツ波１０１の電場による遺伝子発現に対する効果を定量的に把握するために用いることが可能である。
【0043】
図６は、電場強度時間波形計測部１Ｃがテラヘルツ波集光照射部１Ｂによって照射されたテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向とを計測する手法の一例を示す図である。
図１および図６に示す例では、電場強度時間波形計測部１Ｃが、レンズ１１１と、ミラー１１２と、四分の一波長板１１３と、ウォラストンプリズム１１４と、フォトディテクタ１１５、１１６と、非線形光学結晶１６１と、差分演算素子１６２とを備えている。
図１および図６に示す例では、電場強度時間波形計測部１Ｃが、レンズ１１１と、ミラー１１２と、四分の一波長板１１３と、ウォラストンプリズム１１４と、フォトディテクタ１１５、１１６と、非線形光学結晶１６１と、差分演算素子１６２とを備えている。
【0044】
図１および図６に示す例では、生細胞１３４（図３および図５参照）が配置される培養ディッシュ１０３（図３および図５参照）およびガラスボトム１３２（図３および図５参照）と同様に構成された培養ディッシュ１０３（図１参照）およびガラスボトムの内部に、非線形光学結晶１６１（図６参照）である例えばテルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）やガリウムリン（ＧａＰ）などの電気光学効果を示す単結晶が配置される。
テラヘルツ波１０１が集光光学系によって非線形光学結晶１６１に対して集光して照射されると、テラヘルツ波１０１の電場によって非線形光学結晶１６１が近赤外領域で複屈折を示す。
このテラヘルツ波１０１によって生じた複屈折を示す非線形光学結晶１６１に対し、プローブビーム１１０がテラヘルツ波１０１と同軸に照射されると、プローブビーム１１０の偏光が変化する。プローブビーム１１０は、四分の一波長板１１３によって楕円偏光に変換され、ウォラストンプリズム１１４によって直交する二つの直線偏光に分割される。そして各直線偏光成分は、フォトディテクタ１１５、１１６によって検出される。フォトディテクタ１１５、１１６はプローブビーム１１０の光強度に比例する電気信号を発生する。フォトディテクタ１１５、１１６からの電気信号は、差分演算素子１６２に送られる。差分演算素子１６２は、フォトディテクタ１１５、１１６から入力された電気信号の差分に比例する電気信号を出力する。
差分演算素子１６２から出力される電気信号は、フォトディテクタ１１５、１１６に入力されるプローブビーム１１０の強度の差である。フォトディテクタ１１５、１１６に入力されるプローブビーム１１０の強度の差（差分演算素子１６２から出力される電気信号）は、非線形光学結晶１６１に生じている複屈折の大きさに比例する。そのため、差分演算素子１６２から出力される電気信号は、テラヘルツ波１０１の電場の強さに比例する。
このように、図１および図６に示す例では、図５に示す例においてガラスボトム１３２を透過して生細胞１３４に照射されるテラヘルツ波１０１の電場強度に相当する電場強度を測定することが可能である。また、プローブビーム１１０は、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａを把握するために用いられる。
テラヘルツ波１０１が集光光学系によって非線形光学結晶１６１に対して集光して照射されると、テラヘルツ波１０１の電場によって非線形光学結晶１６１が近赤外領域で複屈折を示す。
このテラヘルツ波１０１によって生じた複屈折を示す非線形光学結晶１６１に対し、プローブビーム１１０がテラヘルツ波１０１と同軸に照射されると、プローブビーム１１０の偏光が変化する。プローブビーム１１０は、四分の一波長板１１３によって楕円偏光に変換され、ウォラストンプリズム１１４によって直交する二つの直線偏光に分割される。そして各直線偏光成分は、フォトディテクタ１１５、１１６によって検出される。フォトディテクタ１１５、１１６はプローブビーム１１０の光強度に比例する電気信号を発生する。フォトディテクタ１１５、１１６からの電気信号は、差分演算素子１６２に送られる。差分演算素子１６２は、フォトディテクタ１１５、１１６から入力された電気信号の差分に比例する電気信号を出力する。
差分演算素子１６２から出力される電気信号は、フォトディテクタ１１５、１１６に入力されるプローブビーム１１０の強度の差である。フォトディテクタ１１５、１１６に入力されるプローブビーム１１０の強度の差（差分演算素子１６２から出力される電気信号）は、非線形光学結晶１６１に生じている複屈折の大きさに比例する。そのため、差分演算素子１６２から出力される電気信号は、テラヘルツ波１０１の電場の強さに比例する。
このように、図１および図６に示す例では、図５に示す例においてガラスボトム１３２を透過して生細胞１３４に照射されるテラヘルツ波１０１の電場強度に相当する電場強度を測定することが可能である。また、プローブビーム１１０は、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａを把握するために用いられる。
【0045】
【0046】
非線形光学結晶１６１にテラヘルツ波１０１を照射することで生じる複屈折の大きさは、結晶方位とテラヘルツ波１０１の電場の方向によって決まる。
そのため、図１および図６に示す例では、電場強度時間波形計測部１Ｃが、図示しない手段によって非線形光学結晶１６１を回転させることにより、テラヘルツ波１０１の電場がどの方向を向いているかを検出する、つまり、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場方向を計測する。
また、電場強度時間波形計測部１Ｃは、テラヘルツ波１０１およびプローブビーム１１０の照射タイミングを変えることによって、パルス状のテラヘルツ波１０１の時間波形を測定することもできる。
そのため、図１および図６に示す例では、電場強度時間波形計測部１Ｃが、図示しない手段によって非線形光学結晶１６１を回転させることにより、テラヘルツ波１０１の電場がどの方向を向いているかを検出する、つまり、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場方向を計測する。
また、電場強度時間波形計測部１Ｃは、テラヘルツ波１０１およびプローブビーム１１０の照射タイミングを変えることによって、パルス状のテラヘルツ波１０１の時間波形を測定することもできる。
【0047】
図１および図６に示す例では、電場強度時間波形計測部１Ｃが、電気光学サンプリング法（ＥＯ－ｓａｍｐｌｉｎｇ）と呼ばれる方法を用いることによって、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向とを計測する。
他の例では、電場強度時間波形計測部１Ｃが、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向とを計測するために、電気光学サンプリング法以外の方法を用いてもよい。例えば遠赤外線カメラと可視光・近赤外光のビームを組み合わせてテラヘルツ波１０１の集光位置を特定する方法や、例えば光電動アンテナなどの電気素子と可視光・近赤外光のビームを組み合わせた方法で電場強度の時間波形と電場方向とを測定してもよい。
他の例では、電場強度時間波形計測部１Ｃが、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向とを計測するために、電気光学サンプリング法以外の方法を用いてもよい。例えば遠赤外線カメラと可視光・近赤外光のビームを組み合わせてテラヘルツ波１０１の集光位置を特定する方法や、例えば光電動アンテナなどの電気素子と可視光・近赤外光のビームを組み合わせた方法で電場強度の時間波形と電場方向とを測定してもよい。
【0048】
図７はテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａを確認する手法の一例などを示す図である。
図７に示す例では、遺伝子発現制御装置１が、搬送部１７１と、記録部１７２とを備えている。
記録部１７２は、放物面鏡１０２によって照射されるテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａを記録する。記録部１７２は、例えばビデオカメラなどによって構成される。
図７に示す例では、遺伝子発現制御装置１が、搬送部１７１と、記録部１７２とを備えている。
記録部１７２は、放物面鏡１０２によって照射されるテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａを記録する。記録部１７２は、例えばビデオカメラなどによって構成される。
【0049】
搬送部１７１は、記録部１７２によって記録されたテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに、培養ディッシュ１０３（図３参照）によって保持されている生細胞１３４（図３参照）を移動させる。詳細には、搬送部１７１は、インキュベーター１０４を３次元的に移動させることによって、生細胞１３４をテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに移動させる。搬送部１７１は、例えば３軸方向に微細移動可能なステージ（微動ステージ）などによって構成される。搬送部１７１は、例えばステッピングモーターステージなどの電動ステージでも手動のステージでもよいが、インキュベーター１０４を３次元的に移動できることと、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおけるテラヘルツ波１０１のスポット径より十分に微小な量を移動できて生細胞１３４の位置をテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに確実に移動できることと、テラヘルツ波１０１の照射期間中にドリフトして生細胞１３４がテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａから外れてしまわないような性能を有することが好ましい。
【0050】
図８はテラヘルツカメラ（図示せず）によって記録されたテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける二次元画像の一例を示す図である。図８において、破線はマイクロウェル１３３の穴部分１３３Ａの輪郭を示している。
図８に示す例では、テラヘルツ波１０１が、マイクロウェル１３３の穴部分１３３Ａ内の生細胞１３４（図３および図５参照）に照射されることを確認することができる。
図８に示すように、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおけるテラヘルツ波１０１のスポット径は、マイクロウェル１３３の穴部分１３３Ａの直径と概略等しい。
図８に示す例では、テラヘルツ波１０１が、マイクロウェル１３３の穴部分１３３Ａ内の生細胞１３４（図３および図５参照）に照射されることを確認することができる。
図８に示すように、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおけるテラヘルツ波１０１のスポット径は、マイクロウェル１３３の穴部分１３３Ａの直径と概略等しい。
【0051】
図９は電場強度時間波形計測部１Ｃによって計測されたテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形の一例を示す図である。
図９に示す例では、電場強度３００ｋＶ／ｃｍで持続時間が１ｐｓ程度の非対称な電場が生細胞１３４に印加されることが確認できる。
図９に示す例では、電場強度３００ｋＶ／ｃｍで持続時間が１ｐｓ程度の非対称な電場が生細胞１３４に印加されることが確認できる。
【0052】
図１０は図９に示す例においてテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射されたテラヘルツ波１０１のスペクトルの一例を示す図である。
図１０に示す例では、中心周波数が０．８ＴＨｚで１．６ＴＨｚに達するテラヘルツ電場を生細胞１３４へ印加できることが分かる。
図８、図９および図１０に示すように、図６に示した光学系を用い、前述の方法を利用すると、生細胞１３４へ印加するテラヘルツ波１０１の素性は正確に把握できる。
図１０に示す例では、中心周波数が０．８ＴＨｚで１．６ＴＨｚに達するテラヘルツ電場を生細胞１３４へ印加できることが分かる。
図８、図９および図１０に示すように、図６に示した光学系を用い、前述の方法を利用すると、生細胞１３４へ印加するテラヘルツ波１０１の素性は正確に把握できる。
【0053】
図１１は図４に示す温度計１４４によって測定されたインキュベーター１０４の内部の温度の時間波形の一例を示す図である。
図１１に示す例では、培養ディッシュ１０３とインキュベーター１０４とが接する箇所、蓋１４６とインキュベーター１０４とが接する箇所（詳細には、蓋１４６とインキュベーター光路用蓋１０５とが接する箇所およびインキュベーター光路用蓋１０５とインキュベーター１０４とが接する箇所）等に、密封シール１４５を用いることによって、６００分にわたり、図１１に破線で示す設定温度に対して、インキュベーター１０４の内部の温度を＋／－０．２℃以下の温度変化に抑えることができた。
図１１に示す例では、培養ディッシュ１０３とインキュベーター１０４とが接する箇所、蓋１４６とインキュベーター１０４とが接する箇所（詳細には、蓋１４６とインキュベーター光路用蓋１０５とが接する箇所およびインキュベーター光路用蓋１０５とインキュベーター１０４とが接する箇所）等に、密封シール１４５を用いることによって、６００分にわたり、図１１に破線で示す設定温度に対して、インキュベーター１０４の内部の温度を＋／－０．２℃以下の温度変化に抑えることができた。
【0054】
図１２は図４に示す湿度計１４３によって測定されたインキュベーター１０４の内部の湿度の時間波形の一例を示す図である。
図１２に示す例では、培養ディッシュ１０３とインキュベーター１０４とが接する箇所、蓋１４６とインキュベーター１０４とが接する箇所（詳細には、蓋１４６とインキュベーター光路用蓋１０５とが接する箇所およびインキュベーター光路用蓋１０５とインキュベーター１０４とが接する箇所）等に、密封シール１４５を用いることによって、６００分にわたり、インキュベーター１０４の内部の湿度を９５％以上の高い湿度に維持することができた。
このように第１実施形態の遺伝子発現制御装置１では、インキュベーター１０４の内部を高湿に保ち、液体培地１３５の蒸発を抑え、生細胞１３４、１３６（図３参照）の培養環境を好適・至適に維持することができる。
図１２に示す例では、培養ディッシュ１０３とインキュベーター１０４とが接する箇所、蓋１４６とインキュベーター１０４とが接する箇所（詳細には、蓋１４６とインキュベーター光路用蓋１０５とが接する箇所およびインキュベーター光路用蓋１０５とインキュベーター１０４とが接する箇所）等に、密封シール１４５を用いることによって、６００分にわたり、インキュベーター１０４の内部の湿度を９５％以上の高い湿度に維持することができた。
このように第１実施形態の遺伝子発現制御装置１では、インキュベーター１０４の内部を高湿に保ち、液体培地１３５の蒸発を抑え、生細胞１３４、１３６（図３参照）の培養環境を好適・至適に維持することができる。
【0055】
図１３はマイクロウェル１３３内で培養されているｈｉＰＳＣｓの光学顕微鏡写真の一例を示す図である。詳細には、図１３（ａ）はインキュベーター１０４に移される前におけるｈｉＰＳＣｓの光学顕微鏡写真を示しており、図１３（ｂ）はインキュベーター１０４で１２時間培養された後におけるｈｉＰＳＣｓの光学顕微鏡写真を示している。
図１３に示す例では、培養前後で細胞の形状が維持されており、核も明瞭に確認できることから、インキュベーター１０４の内部に保持されたマイクロウェル１３３で、ｈｉＰＳＣｓが正常に培養されていることが確認できる。
図１３に示す例では、培養前後で細胞の形状が維持されており、核も明瞭に確認できることから、インキュベーター１０４の内部に保持されたマイクロウェル１３３で、ｈｉＰＳＣｓが正常に培養されていることが確認できる。
【0056】
図１４はインキュベーター１０４内に保持されたマイクロウェル１３３付き培養ディッシュ１０３で培養されたｈｉＰＳＣｓに電場強度５００ｋＶ／ｃｍ、持続時間１ｐｓのテラヘルツ波１０１を１時間照射した後、ｈｉＰＳＣｓから抽出されたＲＮＡの網羅的遺伝子解析によって明らかとなった遺伝子変化の一例を表すボルケーノプロットである。
図１４に示す例では、ＧＥＭＩＮ７を含む９２の遺伝子発現が促進されており、ＳＰ１００を含む１１６の遺伝子発現が抑制されたことが分かる。
図１４に示す例では、ＧＥＭＩＮ７を含む９２の遺伝子発現が促進されており、ＳＰ１００を含む１１６の遺伝子発現が抑制されたことが分かる。
【0057】
図１５は遺伝子解析の結果、ｈｉＰＳＣｓにおいて発現の上昇が明らかになった遺伝子を、その機能によってグループ化した結果の一例を示す図である。
図１５に示す例では、ミトコンドリアにおける翻訳や、ｎｃＲＮＡの代謝プロセスに関わる遺伝子の発現が亢進していることが分かる。
図１５に示す例では、ミトコンドリアにおける翻訳や、ｎｃＲＮＡの代謝プロセスに関わる遺伝子の発現が亢進していることが分かる。
【0058】
図１６は遺伝子解析の結果、ｈｉＰＳＣｓにおいて発現が抑制された遺伝子を、その機能によってグループ化した結果の一例を示す図である。
図１６に示す例では、細胞分裂にかかわる機能等、テラヘルツ波１０１の照射によって抑制されている機能が分かる。
図１６に示す例では、細胞分裂にかかわる機能等、テラヘルツ波１０１の照射によって抑制されている機能が分かる。
【0059】
図１７は同一の培養ディッシュ１０３で同時に培養されたｈｉＰＳＣｓの、テラヘルツ波１０１が照射されたｈｉＰＳＣｓ（図１７に「ＴＨｚ」で示す）と非照射ｈｉＰＳＣｓ（図１７に「Ｎｏ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ」で示す）における、多能性を司る４つの遺伝子の発現を分析した結果の一例を示す図である。
図１７に示す例では、第１実施形態の遺伝子発現制御装置１を用いてテラヘルツ波１０１を照射しても、ｈｉＰＳＣｓのもつ多能性が損なわれることはないことが分かる。
図１７に示す例では、第１実施形態の遺伝子発現制御装置１を用いてテラヘルツ波１０１を照射しても、ｈｉＰＳＣｓのもつ多能性が損なわれることはないことが分かる。
【0060】
図１８は同一の培養ディッシュ１０３で同時に培養されたｈｉＰＳＣｓの、テラヘルツ波１０１が照射されたｈｉＰＳＣｓ（図１８に「ＴＨｚ」で示す）と非照射ｈｉＰＳＣｓ（図１８に「Ｎｏ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ」で示す）における、２種類のハウスキーピング遺伝子の発現を分析した結果の一例を示す図である。
図１８に示す例では、第１実施形態の遺伝子発現制御装置１を用いてテラヘルツ波１０１を照射しても、ｈｉＰＳＣｓにおけるエネルギーの代謝や増殖などの細胞の基本的機能に影響はないことが分かる。
図１８に示す例では、第１実施形態の遺伝子発現制御装置１を用いてテラヘルツ波１０１を照射しても、ｈｉＰＳＣｓにおけるエネルギーの代謝や増殖などの細胞の基本的機能に影響はないことが分かる。
【0061】
上述したように、第１実施形態の遺伝子発現制御装置１では、培養環境保持部１Ａは、温度と湿度とｐＨが制御された培養環境下に生細胞１３４を保持することができる。第１実施形態の遺伝子発現制御装置１の光学系は、高強度のテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａと、テラヘルツ波１０１の電場強度と、テラヘルツ波１０１の電場方向とを精密制御可能である。電場強度時間波形計測部１Ｃは、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向とを測定することができる。生細胞位置決め部１Ｄは、テラヘルツ波１０１を精度よく照射可能な領域（テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａであって、マイクロウェル１３３の穴部分１３３Ａ）にのみ生細胞１３４を空間的に閉じ込めて配置可能である。遺伝子発現制御装置１は、マイクロウェル１３３の穴部分１３３Ａ内の生細胞１３４にテラヘルツ波１０１を照射することによって、生細胞１３４の遺伝子発現の促進および抑制を制御することができる。
【0062】
つまり、第１実施形態の遺伝子発現制御装置１では、温度と湿度と培地のｐＨが培養にとって最適な条件に保持された生細胞１３４に高強度なテラヘルツ波１０１を集光照射することにより、テラヘルツ波１０１の照射後も培養・増殖が可能な、テラヘルツ波１０１を用いた非接触・非破壊・非侵襲的な手段によって生細胞１３４における遺伝子発現の活性化と抑制といった両方向の制御が可能である。
【0063】
図１９は第１実施形態の遺伝子発現制御装置１において実行される処理の一例を示すフローチャートである。
図１９に示す例では、ステップＳ１１において、図１および図６に示すように、テラヘルツ波集光照射部１Ｂが、テラヘルツ波１０１を集光して照射する。
次いで、ステップＳ１２では、図１および図６に示すように、電場強度時間波形計測部１Ｃが、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向とを計測する。
次いで、ステップＳ１３では、図７に示すように、記録部１７２が、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａを記録する。
図１９に示す例では、ステップＳ１１において、図１および図６に示すように、テラヘルツ波集光照射部１Ｂが、テラヘルツ波１０１を集光して照射する。
次いで、ステップＳ１２では、図１および図６に示すように、電場強度時間波形計測部１Ｃが、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向とを計測する。
次いで、ステップＳ１３では、図７に示すように、記録部１７２が、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａを記録する。
【0064】
また、ステップＳ１４では、培養環境保持部１Ａが、インキュベーター１０４を用いることによって、培養ディッシュ１０３に保持されている生細胞１３４を培養環境下に保持する。
次いで、ステップＳ１５では、図７に示すように、搬送部１７１が、インキュベーター１０４を３次元的に移動させることによって、生細胞１３４をテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに移動させる。
また、ステップＳ１６では、図３に示すように、生細胞位置決め部１Ｄが、生細胞１３４をテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに固定する。
次いで、ステップＳ１７では、図５に示すように、テラヘルツ波集光照射部１Ｂが、テラヘルツ波１０１を集光して生細胞１３４に照射する。
次いで、ステップＳ１５では、図７に示すように、搬送部１７１が、インキュベーター１０４を３次元的に移動させることによって、生細胞１３４をテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに移動させる。
また、ステップＳ１６では、図３に示すように、生細胞位置決め部１Ｄが、生細胞１３４をテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに固定する。
次いで、ステップＳ１７では、図５に示すように、テラヘルツ波集光照射部１Ｂが、テラヘルツ波１０１を集光して生細胞１３４に照射する。
【0065】
＜第２実施形態＞
以下、本発明の遺伝子発現制御装置および遺伝子発現制御方法の第２実施形態について説明する。
第２実施形態の遺伝子発現制御装置１は、後述する点を除き、上述した第１実施形態の遺伝子発現制御装置１と同様に構成されている。従って、第２実施形態の遺伝子発現制御装置１によれば、後述する点を除き、上述した第１実施形態の遺伝子発現制御装置１と同様の効果を奏することができる。
以下、本発明の遺伝子発現制御装置および遺伝子発現制御方法の第２実施形態について説明する。
第２実施形態の遺伝子発現制御装置１は、後述する点を除き、上述した第１実施形態の遺伝子発現制御装置１と同様に構成されている。従って、第２実施形態の遺伝子発現制御装置１によれば、後述する点を除き、上述した第１実施形態の遺伝子発現制御装置１と同様の効果を奏することができる。
【0066】
図２０は第２実施形態の遺伝子発現制御装置１の構成の一例を示す図である。第２実施形態の遺伝子発現制御装置１は、第１実施形態の遺伝子発現制御装置１と同様に、生細胞１３４（図３参照）の遺伝子発現を制御する。
図２０に示す例では、遺伝子発現制御装置１が、培養環境保持部１Ａと、テラヘルツ波集光照射部１Ｂと、電場強度時間波形計測部１Ｃと生細胞位置決め部１Ｄ（図３参照）とを備えている。
第１実施形態の遺伝子発現制御装置１では、テラヘルツ波集光照射部１Ｂが、穴１０２Ａを有する放物面鏡１０２を備えているが、図２０に示す例では、テラヘルツ波集光照射部１Ｂが、テラヘルツ波１０１を反射するテラヘルツ波反射部９９９と、透過型集光光学素子９９８とを備えている。テラヘルツ波反射部９９９は、例えばビームスプリッタ、ビームコンバイナなどによって構成され、プローブビーム１１０を透過させる。プローブビーム１１０は、テラヘルツ波反射部９９９を透過してテラヘルツ波１０１と同軸にテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。
詳細には、図２０に示す例では、透過型集光光学素子９９８と、プローブビーム１１０を透過させるが、テラヘルツ波１０１を反射する、例えば酸化インジウムスズ（Indium tin oxide：ＩＴＯ）などをビームスプリッタ（テラヘルツ波反射部９９９）として用いる光学系が組み合わされている。
図２０に示す例では、遺伝子発現制御装置１が、培養環境保持部１Ａと、テラヘルツ波集光照射部１Ｂと、電場強度時間波形計測部１Ｃと生細胞位置決め部１Ｄ（図３参照）とを備えている。
第１実施形態の遺伝子発現制御装置１では、テラヘルツ波集光照射部１Ｂが、穴１０２Ａを有する放物面鏡１０２を備えているが、図２０に示す例では、テラヘルツ波集光照射部１Ｂが、テラヘルツ波１０１を反射するテラヘルツ波反射部９９９と、透過型集光光学素子９９８とを備えている。テラヘルツ波反射部９９９は、例えばビームスプリッタ、ビームコンバイナなどによって構成され、プローブビーム１１０を透過させる。プローブビーム１１０は、テラヘルツ波反射部９９９を透過してテラヘルツ波１０１と同軸にテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。
詳細には、図２０に示す例では、透過型集光光学素子９９８と、プローブビーム１１０を透過させるが、テラヘルツ波１０１を反射する、例えば酸化インジウムスズ（Indium tin oxide：ＩＴＯ）などをビームスプリッタ（テラヘルツ波反射部９９９）として用いる光学系が組み合わされている。
【0067】
図２１は第２実施形態の遺伝子発現制御装置１の構成の他の例を示す図である。
図２１に示す例では、遺伝子発現制御装置１が、培養環境保持部１Ａと、テラヘルツ波集光照射部１Ｂと、電場強度時間波形計測部１Ｃと生細胞位置決め部１Ｄ（図３参照）とを備えている。テラヘルツ波集光照射部１Ｂは、テラヘルツ波１０１を反射するテラヘルツ波反射部９９９と、透過型集光光学素子９９８とを備えている。
図２０に示す例では、プローブビーム１１０が、透過型集光光学素子９９８を透過することなく、テラヘルツ波反射部９９９を透過してテラヘルツ波１０１と同軸にテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射されるが、図２１に示す例では、プローブビーム１１０が、テラヘルツ波反射部９９９を透過し、次いで、透過型集光光学素子９９８を透過してテラヘルツ波１０１と同軸にテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。
図２１に示す例では、遺伝子発現制御装置１が、培養環境保持部１Ａと、テラヘルツ波集光照射部１Ｂと、電場強度時間波形計測部１Ｃと生細胞位置決め部１Ｄ（図３参照）とを備えている。テラヘルツ波集光照射部１Ｂは、テラヘルツ波１０１を反射するテラヘルツ波反射部９９９と、透過型集光光学素子９９８とを備えている。
図２０に示す例では、プローブビーム１１０が、透過型集光光学素子９９８を透過することなく、テラヘルツ波反射部９９９を透過してテラヘルツ波１０１と同軸にテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射されるが、図２１に示す例では、プローブビーム１１０が、テラヘルツ波反射部９９９を透過し、次いで、透過型集光光学素子９９８を透過してテラヘルツ波１０１と同軸にテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。
【0068】
つまり、第２実施形態の遺伝子発現制御装置１は、生細胞１３４を培養環境下に保持する培養環境保持部１Ａと、培養環境保持部１Ａによって培養環境下に保持されている生細胞１３４に、パルス状のテラヘルツ波１０１を集光して照射するテラヘルツ波集光照射部１Ｂと、テラヘルツ波集光照射部１Ｂによって照射されたテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向とを計測する電場強度時間波形計測部１Ｃと、生細胞１３４をテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに固定する生細胞位置決め部１Ｄとを備えている。
テラヘルツ波集光照射部１Ｂは、テラヘルツ波１０１を反射するテラヘルツ波反射部９９９と透過型集光光学素子９９８とを備えている。テラヘルツ波１０１は、透過型集光光学素子９９８によって集光されてテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。
電場強度時間波形計測部１Ｃによるテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビーム１１０は、テラヘルツ波反射部９９９を透過してテラヘルツ波１０１と同軸にテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。
電場強度時間波形計測部１Ｃは、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａを透過したプローブビーム１１０を検出することによって、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向とを計測する。
テラヘルツ波集光照射部１Ｂは、テラヘルツ波１０１を反射するテラヘルツ波反射部９９９と透過型集光光学素子９９８とを備えている。テラヘルツ波１０１は、透過型集光光学素子９９８によって集光されてテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。
電場強度時間波形計測部１Ｃによるテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビーム１１０は、テラヘルツ波反射部９９９を透過してテラヘルツ波１０１と同軸にテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。
電場強度時間波形計測部１Ｃは、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａを透過したプローブビーム１１０を検出することによって、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向とを計測する。
【0069】
＜第３実施形態＞
以下、本発明の遺伝子発現制御装置および遺伝子発現制御方法の第３実施形態について説明する。
第３実施形態の遺伝子発現制御装置１は、後述する点を除き、上述した第１実施形態の遺伝子発現制御装置１と同様に構成されている。従って、第３実施形態の遺伝子発現制御装置１によれば、後述する点を除き、上述した第１実施形態の遺伝子発現制御装置１と同様の効果を奏することができる。
以下、本発明の遺伝子発現制御装置および遺伝子発現制御方法の第３実施形態について説明する。
第３実施形態の遺伝子発現制御装置１は、後述する点を除き、上述した第１実施形態の遺伝子発現制御装置１と同様に構成されている。従って、第３実施形態の遺伝子発現制御装置１によれば、後述する点を除き、上述した第１実施形態の遺伝子発現制御装置１と同様の効果を奏することができる。
【0070】
図２２は第３実施形態の遺伝子発現制御装置１の構成の一例を示す図である。第３実施形態の遺伝子発現制御装置１は、第１実施形態の遺伝子発現制御装置１と同様に、生細胞１３４（図３参照）の遺伝子発現を制御する。
図２２に示す例では、遺伝子発現制御装置１が、培養環境保持部１Ａと、テラヘルツ波集光照射部１Ｂと、電場強度時間波形計測部１Ｃと生細胞位置決め部１Ｄ（図３参照）とを備えている。
第１実施形態の遺伝子発現制御装置１では、テラヘルツ波集光照射部１Ｂが、穴１０２Ａを有する放物面鏡１０２を備えているが、図２２に示す例では、テラヘルツ波集光照射部１Ｂが、プローブビーム１１０を反射するプローブビーム反射部９９７と透過型集光光学素子９９８とを備えている。プローブビーム反射部９９７は、例えばシリコン等によって構成されており、テラヘルツ波１０１を透過させる。透過型集光光学素子９９８は、テラヘルツ波１０１を透過させると共に集光する例えばレンズなどによって構成されている。テラヘルツ波１０１は、透過型集光光学素子９９８を透過する時に集光され、次いで、プローブビーム反射部９９７を透過し、生細胞１３４に照射される。一方、プローブビーム１１０は、プローブビーム反射部９９７によって反射されてテラヘルツ波１０１と同軸にテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。
つまり、図２２に示す例では、プローブビーム１１０は反射するがテラヘルツ波１０１を透過させる、例えばシリコンなどの板が、ビームスプリッタ、ビームコンバイナなどとして（すなわち、プローブビーム反射部９９７として）用いられる。
図２２に示す例では、遺伝子発現制御装置１が、培養環境保持部１Ａと、テラヘルツ波集光照射部１Ｂと、電場強度時間波形計測部１Ｃと生細胞位置決め部１Ｄ（図３参照）とを備えている。
第１実施形態の遺伝子発現制御装置１では、テラヘルツ波集光照射部１Ｂが、穴１０２Ａを有する放物面鏡１０２を備えているが、図２２に示す例では、テラヘルツ波集光照射部１Ｂが、プローブビーム１１０を反射するプローブビーム反射部９９７と透過型集光光学素子９９８とを備えている。プローブビーム反射部９９７は、例えばシリコン等によって構成されており、テラヘルツ波１０１を透過させる。透過型集光光学素子９９８は、テラヘルツ波１０１を透過させると共に集光する例えばレンズなどによって構成されている。テラヘルツ波１０１は、透過型集光光学素子９９８を透過する時に集光され、次いで、プローブビーム反射部９９７を透過し、生細胞１３４に照射される。一方、プローブビーム１１０は、プローブビーム反射部９９７によって反射されてテラヘルツ波１０１と同軸にテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。
つまり、図２２に示す例では、プローブビーム１１０は反射するがテラヘルツ波１０１を透過させる、例えばシリコンなどの板が、ビームスプリッタ、ビームコンバイナなどとして（すなわち、プローブビーム反射部９９７として）用いられる。
【0071】
図２３は第３実施形態の遺伝子発現制御装置１の構成の他の例を示す図である。
図２３に示す例では、遺伝子発現制御装置１が、培養環境保持部１Ａと、テラヘルツ波集光照射部１Ｂと、電場強度時間波形計測部１Ｃと生細胞位置決め部１Ｄ（図３参照）とを備えている。テラヘルツ波集光照射部１Ｂは、プローブビーム１１０を反射するプローブビーム反射部９９５と、穴９９６Ａを有する透過型集光光学素子９９６とを備えている。
プローブビーム反射部９９５は、例えば小型ミラーによって構成されており、テラヘルツ波１０１がプローブビーム反射部９９５によって遮られてしまうことは殆どない。他の例では、プローブビーム反射部９９５が、テラヘルツ波１０１を透過させる例えばビームスプリッタ、ビームコンバイナ等によって構成されていてもよい。
図２３に示す例では、遺伝子発現制御装置１が、培養環境保持部１Ａと、テラヘルツ波集光照射部１Ｂと、電場強度時間波形計測部１Ｃと生細胞位置決め部１Ｄ（図３参照）とを備えている。テラヘルツ波集光照射部１Ｂは、プローブビーム１１０を反射するプローブビーム反射部９９５と、穴９９６Ａを有する透過型集光光学素子９９６とを備えている。
プローブビーム反射部９９５は、例えば小型ミラーによって構成されており、テラヘルツ波１０１がプローブビーム反射部９９５によって遮られてしまうことは殆どない。他の例では、プローブビーム反射部９９５が、テラヘルツ波１０１を透過させる例えばビームスプリッタ、ビームコンバイナ等によって構成されていてもよい。
【0072】
図２３に示す例では、透過型集光光学素子９９６は、テラヘルツ波１０１を透過させると共に集光する例えばレンズなどによって構成されている。テラヘルツ波１０１は、透過型集光光学素子９９６を透過する時に集光されて生細胞１３４に照射される。
一方、レンズ１１１を透過したプローブビーム１１０は、プローブビーム反射部９９５によって反射され、次いで、透過型集光光学素子９９６の穴９９６Ａを透過してテラヘルツ波１０１と同軸にテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。
一方、レンズ１１１を透過したプローブビーム１１０は、プローブビーム反射部９９５によって反射され、次いで、透過型集光光学素子９９６の穴９９６Ａを透過してテラヘルツ波１０１と同軸にテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。
【0073】
図２４は第３実施形態の遺伝子発現制御装置１の構成の更に他の例を示す図である。
図２４に示す例では、遺伝子発現制御装置１が、培養環境保持部１Ａと、テラヘルツ波集光照射部１Ｂと、電場強度時間波形計測部１Ｃと生細胞位置決め部１Ｄ（図３参照）とを備えている。テラヘルツ波集光照射部１Ｂは、プローブビーム１１０を反射するプローブビーム反射部９９５と透過型集光光学素子９９８とを備えている。
プローブビーム反射部９９５は、例えば小型ミラーによって構成されており、テラヘルツ波１０１がプローブビーム反射部９９５によって遮られてしまうことは殆どない。他の例では、プローブビーム反射部９９５が、テラヘルツ波１０１を透過させる例えばビームスプリッタ、ビームコンバイナ等によって構成されていてもよい。
図２４に示す例では、遺伝子発現制御装置１が、培養環境保持部１Ａと、テラヘルツ波集光照射部１Ｂと、電場強度時間波形計測部１Ｃと生細胞位置決め部１Ｄ（図３参照）とを備えている。テラヘルツ波集光照射部１Ｂは、プローブビーム１１０を反射するプローブビーム反射部９９５と透過型集光光学素子９９８とを備えている。
プローブビーム反射部９９５は、例えば小型ミラーによって構成されており、テラヘルツ波１０１がプローブビーム反射部９９５によって遮られてしまうことは殆どない。他の例では、プローブビーム反射部９９５が、テラヘルツ波１０１を透過させる例えばビームスプリッタ、ビームコンバイナ等によって構成されていてもよい。
【0074】
図２４に示す例では、透過型集光光学素子９９８は、テラヘルツ波１０１を透過させると共に集光する例えばレンズなどによって構成されている。テラヘルツ波１０１は、透過型集光光学素子９９８を透過する時に集光されて生細胞１３４に照射される。
一方、プローブビーム１１０は、プローブビーム反射部９９５によって反射され、次いで、透過型集光光学素子９９８を透過してテラヘルツ波１０１と同軸にテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。
一方、プローブビーム１１０は、プローブビーム反射部９９５によって反射され、次いで、透過型集光光学素子９９８を透過してテラヘルツ波１０１と同軸にテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。
【0075】
すなわち、第３実施形態の遺伝子発現制御装置１は、生細胞１３４を培養環境下に保持する培養環境保持部１Ａと、培養環境保持部１Ａによって培養環境下に保持されている生細胞１３４に、パルス状のテラヘルツ波１０１を集光して照射するテラヘルツ波集光照射部１Ｂと、テラヘルツ波集光照射部１Ｂによって照射されたテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向とを計測する電場強度時間波形計測部１Ｃと、生細胞１３４をテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに固定する生細胞位置決め部１Ｄとを備えている。
テラヘルツ波集光照射部１Ｂは、プローブビーム１１０を反射するプローブビーム反射部９９７、９９５と透過型集光光学素子９９８、９９６とを備えている。テラヘルツ波１０１は、透過型集光光学素子９９８、９９６によって集光されて生細胞１３４に照射される。
電場強度時間波形計測部１Ｃによるテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビーム１１０は、プローブビーム反射部９９７、９９５によって反射されてテラヘルツ波１０１と同軸にテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。
電場強度時間波形計測部１Ｃは、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａを透過したプローブビーム１１０を検出することによって、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向とを計測する。
テラヘルツ波集光照射部１Ｂは、プローブビーム１１０を反射するプローブビーム反射部９９７、９９５と透過型集光光学素子９９８、９９６とを備えている。テラヘルツ波１０１は、透過型集光光学素子９９８、９９６によって集光されて生細胞１３４に照射される。
電場強度時間波形計測部１Ｃによるテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向との計測に用いられるプローブビーム１１０は、プローブビーム反射部９９７、９９５によって反射されてテラヘルツ波１０１と同軸にテラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａに照射される。
電場強度時間波形計測部１Ｃは、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａを透過したプローブビーム１１０を検出することによって、テラヘルツ波１０１の集光位置１０１Ａにおける電場強度の時間波形と電場方向とを計測する。
【0076】
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。上述した各実施形態および各例に記載の構成を組み合わせてもよい。
【0077】
なお、上述した実施形態における遺伝子発現制御装置１が備える各部の機能全体あるいはその一部は、これらの機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶部のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶部のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【符号の説明】
【0078】
１…遺伝子発現制御装置、１Ａ…培養環境保持部、１Ｂ…テラヘルツ波集光照射部、１Ｃ…電場強度時間波形計測部、１Ｄ…生細胞位置決め部、１０１…テラヘルツ波、１０１Ａ…集光位置、１０２…放物面鏡、１０２Ａ…穴、１０３…培養ディッシュ、１０３Ａ…穴、１０４…インキュベーター、１０５…インキュベーター光路用蓋、１０５Ａ…穴、１０６…インキュベーター水槽用蓋、１１０…プローブビーム、１１１…レンズ、１１２…ミラー、１１３…四分の一波長板、１１４…ウォラストンプリズム、１１５、１１６…フォトディテクタ、１２１…超短光パルスレーザー、１２２…回折格子、１２３…レンズ、１２４…二分の一波長板、１２５…レンズ、１２６…非線形光学結晶、１３２…ガラスボトム、１３３…マイクロウェル、１３３Ａ…穴部分、１３４…生細胞、１３５…液体培地、１３６…生細胞、１４１…隔壁、１４２…ヒーター、１４３…湿度計、１４４…温度計、１４５…密封シール、１４６…蓋、１４７…水供給用パイプ、１４８…空気供給用パイプ、１４９…水、１６１…非線形光学結晶、１６２…差分演算素子、１７１…搬送部、１７２…記録部、９９９…テラヘルツ波反射部、９９８…透過型集光光学素子、９９７…プローブビーム反射部、９９６…透過型集光光学素子、９９６Ａ…穴、９９５…プローブビーム反射部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】