JP2005335020A - Micro object machining device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、細胞等の微小物体を加工するための装置に関し、より詳しくはレーザーマニピュレーション技術を利用して細胞等を加工する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for processing a minute object such as a cell, and more particularly to an apparatus for processing a cell or the like using a laser manipulation technique.
従来、細胞等の微小物体の精密な操作は、細い金属針やガラス管を装着したマイクロピペット等の機械式マニピュレーターにより行われるのが一般的であった。
しかしながら、機械式マニピュレーターを用いて細胞等の微小物体を操作する作業は、大変な熟練と忍耐を要する作業であり、操作の過程で細胞等を損傷してしまうことも少なくなかった。
Conventionally, a precise manipulation of a minute object such as a cell is generally performed by a mechanical manipulator such as a micropipette equipped with a thin metal needle or a glass tube.
However, the operation of manipulating minute objects such as cells using a mechanical manipulator is a task that requires great skill and patience, and often damages cells and the like in the course of operation.
このような機械式マニピュレーターの問題点を解決すべく創出された技術として、レーザー光の放射圧を利用して細胞等の微小物体を操作するレーザーマニピュレーション技術が存在している。
レーザーマニピュレーション技術によれば、光の放射圧による捕捉力を利用して、操作対象となる微小物体を、非接触にて遠隔操作することができるため、細胞等にダメージを与えることなく対象物を高精度で操作(捕捉・移送等)することが可能となり、バイオテクノロジー分野を中心とする幅広い分野での微小物体操作ツールとしての応用が大いに期待されている。
As a technique created to solve the problems of such a mechanical manipulator, there is a laser manipulation technique for manipulating minute objects such as cells using the radiation pressure of laser light.
According to the laser manipulation technology, it is possible to remotely control a minute object to be manipulated in a non-contact manner using the capture force of the light radiation pressure. Operation (capture, transfer, etc.) can be performed with high precision, and application as a micro object manipulation tool in a wide range of fields centering on the biotechnology field is greatly expected.
そこで、このようなレーザーマニピュレーション技術を利用したレーザーマニピュレーション装置が数多く提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Thus, many laser manipulation devices using such laser manipulation technology have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来のレーザーマニピュレーション装置は、操作対象となる微小物体を非接触にて高精度で操作することができるという点では確かに優れているものの、レーザー光の放射圧を利用するものであるため、対象物に対して非常に小さい力(〜pN)しか作用させることができなかった。そのため、例えば仮足によって基板上に付着した動物細胞を移送させることができないなど、操作可能な微小物体が限られてしまい、適用範囲に限界があった。 However, although the conventional laser manipulation device is certainly superior in that it can operate a minute object to be operated with high accuracy without contact, it uses the radiation pressure of laser light. Only a very small force (˜pN) could be applied to the object. For this reason, for example, animal cells attached on the substrate cannot be transported by a temporary foot, and the operable micro objects are limited, and the application range is limited.
上記したような実情に鑑みて、近年、レーザーマニピュレーション技術において、フェムト秒レーザー等の超短パルスレーザーが注目されている。
フェムト秒レーザーは、レーザーのパルス幅が数フェムト秒〜数百ピコ秒と極めて小さいため、1パルス中の瞬間的な到達出力が極めて高くなる。そのため、透明もしくは吸収の低い物質の局在した場所に多光子吸収を利用した非線形現象により局所的な衝撃波を発生させることが可能であり、この性質を利用して微細加工技術への適用がすすんでいるが、近年、これをバイオテクノロジー分野へと応用する試みがなされている。
In view of the above situation, in recent years, ultrashort pulse lasers such as femtosecond lasers have attracted attention in laser manipulation technology.
Since the femtosecond laser has a very small pulse width of several femtoseconds to several hundreds of picoseconds, the instantaneous arrival power in one pulse is extremely high. For this reason, it is possible to generate a local shock wave by a non-linear phenomenon using multiphoton absorption at a localized location of a transparent or low-absorbing substance. In recent years, however, attempts have been made to apply this to the biotechnology field.
しかしながら、現在なされている試みは、従来のレーザーマニピュレーション装置において、用いられている捕捉用レーザー(近赤外レーザー等)を超短パルスレーザーに置き換えようとするものに過ぎない。
超短パルスレーザーを用いたレーザーマニピュレーション装置とすれば、従来の近赤外レーザー等を用いたレーザーマニピュレーション装置では不可能であった細胞の移送等の操作が可能ではあるが、超高精度(<10μm)の操作が要求される場合や弱い力での操作が必要な場合に対応することはできない。
また、超短パルスレーザーを用いたレーザーマニピュレーション装置では、機械式マニピュレーターで可能な数ミリの物体の操作は難しい。
However, attempts currently being made are merely attempts to replace the capturing lasers (such as near-infrared lasers) used in conventional laser manipulation devices with ultrashort pulse lasers.
If a laser manipulation device using an ultra-short pulse laser is used, operations such as cell transfer that were impossible with conventional laser manipulation devices using near-infrared lasers, etc. are possible. 10 μm) operation is required, or when operation with a weak force is required.
Further, in a laser manipulation device using an ultrashort pulse laser, it is difficult to manipulate an object of several millimeters that is possible with a mechanical manipulator.
実際、微小物体、とりわけ細胞の操作においては、一連の操作処理において、強い力は要求されないが超高精度が要求される場面、超高精度までは要求されないが比較的高い精度とやや強い力が要求される場面、高い精度は要求されないが強い力が必要となる場面など、力の強さや操作の精度を場面に応じて使い分けなければならないことが多々あるが、従来、このような相反する要求に同時に応えることが可能となる高汎用性のマニピュレーション装置は全く存在していなかった。 In fact, in the manipulation of micro objects, especially cells, strong force is not required in a series of operation processing, but ultra-high accuracy is required, ultra-high accuracy is not required, but relatively high accuracy and slightly strong force are required. There are many cases in which the strength of the force and the accuracy of the operation must be properly used depending on the scene, such as a scene where high precision is required but high precision is not required. However, there was no highly versatile manipulation device that could meet the requirements simultaneously.
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、細胞等の処理対象となる微小物体に作用させる力の強さや操作精度を操作の場面に応じて変化させることが可能であって、操作処理の効率を大いに向上させ得るとともに、細胞への適用を中心とする広範な用途に幅広く使用できる高汎用性の微小物体加工装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to change the strength of the force to be applied to a minute object to be processed such as a cell or the operation accuracy according to the scene of the operation. It is an object of the present invention to provide a highly versatile micro object processing apparatus that can greatly improve the efficiency of processing and can be widely used for a wide range of applications centering on application to cells.
請求項1に係る発明は、衝撃波により試料セル中に含まれる微小物体を操作するための超短パルスレーザーを出力する第1レーザー光源と、放射圧により前記微小物体を操作するためのトラッピング用レーザーを出力する第2レーザー光源と、これら第1及び第2レーザー光源から出力されたレーザー光を前記試料セル中へと導く導光手段とを具備してなることを特徴とする微小物体加工装置に関する。
請求項2に係る発明は、衝撃波により試料セル中に含まれる微小物体を操作するための超短パルスレーザーを出力する第1レーザー光源と、前記微小物体を操作するための機械式マニピュレーターとを具備してなることを特徴とする微小物体加工装置に関する。
請求項3に係る発明は、前記試料セル中に含まれる微小物体を操作するための機械式マニピュレーターを更に具備してなることを特徴とする請求項1記載の微小物体加工装置に関する。
The invention according to claim 1 is a first laser light source that outputs an ultrashort pulse laser for operating a minute object contained in a sample cell by a shock wave, and a trapping laser for operating the minute object by radiation pressure. And a light guiding means for guiding the laser light output from the first and second laser light sources into the sample cell. .
The invention according to
The invention according to
請求項4に係る発明は、前記導光手段は、第1及び第2レーザー光源から出力されたレーザーを同軸で前記試料セル中へと導くことを特徴とする請求項1又は3記載の微小物体加工装置に関する。
請求項5に係る発明は、前記第1レーザー光源から出力されたレーザー光を複数本に分離するレーザー光分離手段と、該分離されたレーザー光を各々独立して制御して試料セル中に導く制御ミラーとを具備してなることを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載の微小物体加工装置に関する。
The invention according to
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a laser beam separating means for separating the laser beam output from the first laser light source into a plurality of beams, and the separated laser beam is independently controlled to be led into the sample cell. The micro object processing apparatus according to claim 1, further comprising a control mirror.
請求項6に係る発明は、超短パルスレーザーを出力する第1レーザー光源と、該超短パルスレーザーを試料セル中に含まれる微小物体の周囲近傍の複数箇所に照射し、衝撃波により該微小物体を捕捉する捕捉手段を備えてなることを特徴とする微小物体加工装置に関する。
請求項7に係る発明は、前記捕捉手段は、前記第1レーザー光源から出力されたレーザー光を前記微小物体の周囲に沿って走査する電子制御ミラーからなることを特徴とする請求項6記載の微小物体加工装置に関する。
請求項8に係る発明は、前記捕捉手段は、前記第1レーザー光源から出力されたレーザー光を前記微小物体の周囲近傍の複数箇所に同時に集光するデジタルマイクロミラーデバイスからなることを特徴とする請求項6記載の微小物体加工装置に関する。
The invention according to claim 6 is a first laser light source that outputs an ultrashort pulse laser, and irradiates the ultrashort pulse laser to a plurality of locations in the vicinity of a minute object included in a sample cell, and the minute object is generated by a shock wave. The present invention relates to a micro object processing apparatus characterized by comprising a capturing means for capturing an object.
The invention according to
The invention according to
請求項9に係る発明は、前記試料セルが顕微鏡のステージ上に設置され、該顕微鏡の光源より照射されて試料セルを通過した光の透過像を撮像装置にて撮像するように構成されてなることを特徴とする請求項1乃至8いずれかに記載の微小物体加工装置に関する。
請求項10に係る発明は、前記超短パルスレーザーのパルス幅が、数フェムト秒〜数百ピコ秒であることを特徴とする請求項1乃至9いずれかに記載の微小物体加工装置に関する。
請求項11に係る発明は、前記微小物体が、細胞内小器官、細胞、生体組織、生体器官、タンパク質結晶のいずれかもしくはその複合体であることを特徴とする請求項1乃至10いずれかに記載の微小物体加工装置に関する。
The invention according to
The invention according to
The invention according to claim 11 is characterized in that the micro object is any one of an intracellular organelle, a cell, a living tissue, a living organ, a protein crystal, or a complex thereof. The present invention relates to the described minute object processing apparatus.
本発明に係る微小物体加工装置は、細胞等の処理対象となる微小物体に作用させる力の強さや操作精度を操作の場面に応じて変化させることが可能であり、操作処理の効率を大いに向上させ得るとともに、細胞への適用を中心とする広範な用途に幅広く使用できる高汎用性の微小物体加工装置となる。 The micro object processing apparatus according to the present invention can change the strength of the force applied to the micro object to be processed such as cells and the operation accuracy according to the scene of the operation, and greatly improve the efficiency of the operation process. And a highly versatile micro object processing apparatus that can be widely used for a wide range of applications centering on application to cells.
以下、本発明に係る微小物体加工装置の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1は本発明に係る微小物体加工装置の基本構成の一例(第一実施形態)を示す概略図である。
図1に示した本発明に係る微小物体加工装置は、衝撃波により試料セル中に含まれる微小物体を操作するための超短パルスレーザーを出力する第1レーザー光源(1)と、放射圧により前記微小物体を操作するためのトラッピング用レーザーを出力する第2レーザー光源(2)とを具備している。
本発明において操作対象となる微小物体としては、例えば、細胞内小器官、細胞、生体組織、生体器官、タンパク質結晶のいずれかもしくはその複合体を好適な例として挙げることができる。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a minute object processing apparatus according to the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing an example (first embodiment) of a basic configuration of a minute object processing apparatus according to the present invention.
The micro object processing apparatus according to the present invention shown in FIG. 1 includes a first laser light source (1) that outputs an ultrashort pulse laser for operating a micro object contained in a sample cell by a shock wave, A second laser light source (2) for outputting a trapping laser for manipulating a minute object.
As the micro object to be manipulated in the present invention, for example, any one of intracellular organelles, cells, living tissues, living organs, protein crystals, or a complex thereof can be mentioned as a suitable example.
第1レーザー光源(1)から出力される超短パルスレーザーのパルス幅は、数フェムト秒〜数百ピコ秒とされる。このような超短パルスレーザーとしては、ピコ秒レーザーもしくはフェムト秒レーザーが好適に用いられ、特にフェムト秒レーザーがより好適に用いられる。
第1レーザー光源(1)から出力される超短パルスレーザーの具体例としては、フェムト秒チタンサファイアレーザー(800nm,120fs)を代表的な一例として挙げることができるが、これに限定されるものではない。
The pulse width of the ultrashort pulse laser output from the first laser light source (1) is several femtoseconds to several hundred picoseconds. As such an ultrashort pulse laser, a picosecond laser or a femtosecond laser is preferably used, and a femtosecond laser is particularly preferably used.
As a specific example of the ultrashort pulse laser output from the first laser light source (1), a femtosecond titanium sapphire laser (800 nm, 120 fs) can be given as a representative example, but the invention is not limited to this. Absent.
第2レーザー光源(2)から出力されるトラッピング用レーザーとしては、半導体レーザーやYAGレーザー等からなる近赤外光レーザーが好適に用いられる。
これは、微小物体として細胞を操作する場合において、近赤外光は細胞に吸収されないため、細胞にダメージを与えることなく、その捕捉や移動等の操作を行うことができるからである。
第2レーザー光源(2)から出力されるトラッピング用レーザーの具体例としては、Nd3+:YAG Laser(CW1064nm,1W)を代表的な一例として挙げることができるが、これに限定されるものではない。
As the trapping laser output from the second laser light source (2), a near infrared light laser composed of a semiconductor laser, a YAG laser or the like is preferably used.
This is because when a cell is manipulated as a minute object, near-infrared light is not absorbed by the cell, and operations such as capture and movement can be performed without damaging the cell.
As a specific example of the trapping laser output from the second laser light source (2), Nd 3+ : YAG Laser (CW 1064 nm, 1 W) can be given as a representative example, but is not limited thereto. .
図1においては、上記した第1レーザー光源(1)及び第2レーザー光源(2)は、倒立型の顕微鏡(3)に組み込まれている。
倒立型顕微鏡(3)は、X−Y方向への移動が可能であって細胞育成漕等の試料セル(4)を載置するための電動ステージ(5)と、該ステージ(5)の直下部に配置されて第1レーザー光源(1)及び第2レーザー光源(2)から出力されたレーザー光を集光して試料セル(4)へと導く対物レンズ(6)と、該対物レンズ(6)の鉛直上方に配置されてステージ(5)上に載置された試料セル(4)に光を照射する光源ランプ(7)と、該光源ランプ(7)から照射されて試料セル(4)を通過した可視光の透過像を撮像する撮像装置(8)を備えている。
In FIG. 1, the first laser light source (1) and the second laser light source (2) described above are incorporated in an inverted microscope (3).
The inverted microscope (3) is capable of moving in the XY direction, and has an electric stage (5) for placing a sample cell (4) such as a cell growth basket, and a position directly below the stage (5). An objective lens (6) that is arranged in the unit and collects the laser light output from the first laser light source (1) and the second laser light source (2) and guides it to the sample cell (4); 6) A light source lamp (7) that irradiates light to a sample cell (4) that is disposed vertically above the stage (5), and a sample cell (4) that is irradiated from the light source lamp (7). An imaging device (8) that captures a transmission image of visible light that has passed through ().
顕微鏡(3)の対物レンズ(6)の鉛直下方にはダイクロイックミラー(9)及び全反射ミラー(10)が配置され、該全反射ミラー(10)により反射された可視光を撮像装置(8)で検出するように構成されている。
撮像装置(8)は、CCDカメラやCMOSカメラ等からなり、試料セル(4)を通過した可視光は、対物レンズ(6)の鉛直下方に配置されたダイクロイックミラー(9)を通過した後、全反射ミラー(10)によって反射して直角に向きを変えられて撮像装置(8)へと入射する。
A dichroic mirror (9) and a total reflection mirror (10) are arranged vertically below the objective lens (6) of the microscope (3), and the visible light reflected by the total reflection mirror (10) is imaged (8). Is configured to detect.
The imaging device (8) is composed of a CCD camera, a CMOS camera or the like, and the visible light that has passed through the sample cell (4) passes through a dichroic mirror (9) disposed vertically below the objective lens (6). The light is reflected by the total reflection mirror (10), changed in its direction to a right angle, and incident on the image pickup device (8).
第1レーザー光源(1)から出力されたレーザー光を倒立型顕微鏡(3)内に配置されたダイクロイックミラー(9)へと導く導光手段は、電子制御ミラー(11)及びダイクロイックミラー(12)から構成されており、第1レーザー光源(1)から出力されたレーザー光は、電子制御ミラー(11)にて反射して向きを変えてダイクロイックミラー(12)へと導かれた後、ダイクロイックミラー(12)にて向きを変えてダイクロイックミラー(9)へと導かれる。
電子制御ミラー(11)としては、ガルバノミラー、ピエゾ駆動によるミラー、アクチュエータ駆動によるミラー等の中から適宜選択されたものが使用される。
一方、第2レーザー光源(2)から出力されたレーザー光は、ダイクロイックミラー(12)を通過してそのまま直進してダイクロイックミラー(9)へと導かれる。
The light guide means for guiding the laser light output from the first laser light source (1) to the dichroic mirror (9) disposed in the inverted microscope (3) includes an electronic control mirror (11) and a dichroic mirror (12). The laser light output from the first laser light source (1) is reflected by the electronic control mirror (11), changed direction and guided to the dichroic mirror (12), and then the dichroic mirror. At (12), the direction is changed and guided to the dichroic mirror (9).
As the electronically controlled mirror (11), a galvano mirror, a piezo-driven mirror, an actuator-driven mirror, or the like is used as appropriate.
On the other hand, the laser beam output from the second laser light source (2) passes through the dichroic mirror (12) and goes straight as it is, and is guided to the dichroic mirror (9).
ダイクロイックミラー(12)により反射された第1レーザー光源(1)からのレーザー光と、ダイクロイックミラー(12)を通過した第2レーザー光源(2)からのレーザー光は、同軸にてダイクロイックミラー(9)へと導かれ、更にそのまま同軸にて対物レンズ(6)により集光されて試料セル(4)へと導かれる。
このように、2種類のレーザー光を同軸にて顕微鏡に導入して試料セル(4)へと導くことによって、試料セル(4)中の細胞等の操作を極めて容易に効率良く行うことが可能となる。
The laser light from the first laser light source (1) reflected by the dichroic mirror (12) and the laser light from the second laser light source (2) that has passed through the dichroic mirror (12) are coaxially connected to the dichroic mirror (9 Then, the light is further collected by the objective lens (6) coaxially and guided to the sample cell (4).
In this way, by operating two types of laser light coaxially into the microscope and guiding them to the sample cell (4), it is possible to manipulate the cells in the sample cell (4) very easily and efficiently. It becomes.
また、弱い力(〜pN)で超高精度(<10μm)が要求される操作については、第2レーザー光源(2)から出力されるトラッピング用レーザーを用い、強い力(nN〜μN)で高精度(<100μm)が要求される操作については、第1レーザー光源(1)から出力される超短パルスレーザーを用いることができる。
従って、例えば、超短パルスレーザーを用いて組織からの精細胞を単離した後、トラッピング用レーザーを用いて単離された精細胞を移送する等、一連の処理操作を1台の装置で連続的に行うことが可能となり、高精度且つ高効率での操作が可能となる。
For operations that require ultra-high accuracy (<10 μm) with a weak force (up to pN), a trapping laser output from the second laser light source (2) is used, and a high force (nN to μN) is used. For operations that require accuracy (<100 μm), an ultrashort pulse laser output from the first laser light source (1) can be used.
Therefore, for example, a series of processing operations are continuously performed with one apparatus, such as isolating sperm cells from a tissue using an ultrashort pulse laser and then transferring the isolated sperm cells using a trapping laser. Therefore, the operation can be performed with high accuracy and high efficiency.
電子制御ミラー(11)はコンピュータ(13)と接続されており、コンピュータ(13)からの制御処理信号に基づいてその角度を変化させることによって、第1レーザー光源(1)から出力されたレーザー光を走査するように構成されている。
コンピュータ(13)による電子制御ミラー(11)の制御は、撮像装置(8)にて撮像された画像をキャプチャーし、キャプチャーされた画像中に存在する微小物体の座標を求め、算出された微小物体の座標から該微小物体の移送先の目標となる座標までの最適経路を算出し、予め設定された移動量から次時間における微小物体の移動先となる移動先座標を算出し、さらに次時間における移動座標へ微小物体を導くように電子制御ミラーの角度を算出し、この算出された角度と実際の角度が一致するように電子制御ミラー(11)に対して制御信号を送ることにより行われる。
顕微鏡下の微小物体は、顕微鏡透過像として撮像装置(8)により撮影され、リアルタイムでコンピュータ(13)にキャプチャーされ、上記した電子制御ミラー(11)の制御によって移送されることとなる。
The electronic control mirror (11) is connected to the computer (13), and the laser beam outputted from the first laser light source (1) is changed by changing the angle based on the control processing signal from the computer (13). Are configured to scan.
The computer (13) controls the electronic control mirror (11) by capturing an image picked up by the image pickup device (8), obtaining coordinates of the minute object present in the captured image, and calculating the calculated minute object. The optimal path from the coordinates to the target coordinates of the transfer destination of the minute object is calculated, the movement destination coordinates as the movement destination of the minute object at the next time are calculated from the preset amount of movement, and further at the next time The angle of the electronic control mirror is calculated so that a minute object is guided to the moving coordinates, and a control signal is sent to the electronic control mirror (11) so that the calculated angle matches the actual angle.
The minute object under the microscope is captured by the imaging device (8) as a microscope transmission image, captured in real time by the computer (13), and transferred under the control of the electronic control mirror (11).
倒立型顕微鏡(3)のステージ(5)上には、機械式マニピュレーター(14)が配置されている。
この機械式マニピュレーター(14)は、細い金属針やガラス管を装着したマイクロピペット等の公知のものであって、ステージ(5)上に載置された試料セル(4)内の微小物体に機械的な力を加えて操作することができる。そして、この操作は、ステージ(5)上に載置された同一の試料セル(4)内の微小物体に対して、前記2種類のレーザーマニピュレーターのいずれか一方又は両方と併用して行うことができる。
A mechanical manipulator (14) is arranged on the stage (5) of the inverted microscope (3).
This mechanical manipulator (14) is a known one such as a micropipette equipped with a thin metal needle or a glass tube, and is used to apply a machine to a minute object in a sample cell (4) placed on a stage (5). It can be operated with a certain force. This operation can be performed on a minute object in the same sample cell (4) placed on the stage (5) in combination with one or both of the two types of laser manipulators. it can.
上記した2種類のレーザーマニピュレーターに加えて、更に機械式マニピュレーター(14)を具備することによって、低い精度(<mm)ではあるが、レーザーマニピュレーターよりも強い力(>mN)をもって微小物体を操作することも可能となる。
従って、上記した2種類のレーザーマニピュレーターと、機械式マニピュレーター(14)を適宜使い分けることによって、細胞等の処理対象となる微小物体に作用させる力の強さや操作精度を操作の場面に応じて変化させることが可能となり、操作処理の効率を大いに向上させ得るとともに、細胞への適用を中心とする広範な用途に幅広く使用できる高汎用性の微小物体加工装置となる。
By providing a mechanical manipulator (14) in addition to the two types of laser manipulators described above, a micro object can be manipulated with a force (> mN) stronger than a laser manipulator, although it is less accurate (<mm). It is also possible.
Therefore, by appropriately using the above-mentioned two types of laser manipulators and mechanical manipulators (14), the strength of the force acting on the minute object to be processed such as cells and the operation accuracy are changed according to the scene of the operation. Therefore, the efficiency of the operation process can be greatly improved, and a highly versatile micro object processing apparatus that can be widely used for a wide range of applications centering on application to cells.
図2は本発明に係る微小物体加工装置の基本構成の変更例(第二実施形態)を示す概略図である。
この変更例に係る装置が、図1に示した装置と異なる点は、第1レーザー光源(1)から出力されたレーザー光を複数本に分離するレーザー光分離手段(15)を備えている点と、1つの電子制御ミラー(11)の代わりに該分離されたレーザー光を各々独立して制御して試料セル(4)中に導く複数の電子制御ミラーからなる電動ミラーユニット(16)を備えている点であり、他の構成は同じであるため同じ符号を付して重複説明を省いている。
FIG. 2 is a schematic view showing a modified example (second embodiment) of the basic configuration of the minute object processing apparatus according to the present invention.
The apparatus according to this modified example is different from the apparatus shown in FIG. 1 in that the apparatus includes laser light separating means (15) for separating the laser light output from the first laser light source (1) into a plurality of pieces. And an electric mirror unit (16) comprising a plurality of electronically controlled mirrors that independently control the separated laser beams and guide them into the sample cell (4) instead of one electronically controlled mirror (11). Since the other configurations are the same, the same reference numerals are given and redundant description is omitted.
レーザー光分離手段(15)は、第1レーザー光源(1)から出力されたレーザー光を2本に分離し、これら2本に分離されたレーザー光は各々異なる電動ミラーユニット(16)により独立して制御されるとともに、ダイクロイックミラー(12)を通過した第2レーザー光源(2)からのレーザー光と同軸にてダイクロイックミラー(9)へと導かれ、更にそのまま同軸にて対物レンズ(6)により集光されて試料セル(4)へと導かれる。 The laser beam separating means (15) separates the laser beam output from the first laser light source (1) into two, and the laser beams separated into these two beams are independent by different electric mirror units (16). And is guided coaxially with the laser beam from the second laser light source (2) that has passed through the dichroic mirror (12) to the dichroic mirror (9), and further coaxially with the objective lens (6). The light is collected and guided to the sample cell (4).
このように、第1レーザー光源(1)から出力されたレーザー光を2本に分離し、これら2本に分離されたレーザー光を独立して制御可能に構成することによって、一方のレーザー光を微小物体単体の捕捉及び移送のために用い、他方のレーザー光を複数の微小物体の保持・位置固定のために用いるという操作が可能となり、極めて操作性能に優れたものとなる。 In this way, by separating the laser light output from the first laser light source (1) into two and making the laser light separated into these two independently controllable, An operation of using the other laser beam for holding and fixing a plurality of minute objects can be performed, and the operation performance is extremely excellent.
また、本発明においては、上記説明した第1レーザー光源(1)から出力される超短パルスレーザーによる操作手段と、機械式マニピュレーター(14)による操作手段の2つの操作手段を具備させた装置とすることもできる。
このような装置は、例えば、図1及び図2に示した構成の装置から第2レーザー光源(2)を除去することによって構成することができる。
Moreover, in this invention, the apparatus provided with the two operation means of the operation means by the ultrashort pulse laser output from the 1st laser light source (1) demonstrated above, and the operation means by the mechanical manipulator (14), You can also
Such an apparatus can be configured, for example, by removing the second laser light source (2) from the apparatus having the configuration shown in FIGS.
図3は本発明に係る微小物体加工装置の基本構成の別の変更例(第三実施形態)を示す概略図である。
この変更例に係る装置は、超短パルスレーザーを出力する第1レーザー光源(1)と、該超短パルスレーザーを試料セル中に含まれる微小物体の周囲近傍の複数箇所に導いて、衝撃波により該微小物体を捕捉する捕捉手段を備えている。
FIG. 3 is a schematic view showing another modified example (third embodiment) of the basic configuration of the minute object processing apparatus according to the present invention.
The apparatus according to this modified example includes a first laser light source (1) that outputs an ultrashort pulse laser, and guides the ultrashort pulse laser to a plurality of locations in the vicinity of a minute object included in a sample cell, and generates shock waves. A capturing means for capturing the minute object is provided.
第1レーザー光源(1)から出力される超短パルスレーザーのパルス幅は、上記第一実施形態と同じく、数フェムト秒〜数百ピコ秒とされる。このような超短パルスレーザーとしては、ピコ秒レーザーもしくはフェムト秒レーザーが好適に用いられ、特にフェムト秒レーザーがより好適に用いられる。
第1レーザー光源(1)から出力される超短パルスレーザーの具体例としては、フェムト秒チタンサファイアレーザー(800nm,150fs、20Hz、10mW)を代表的な一例として挙げることができる。
The pulse width of the ultrashort pulse laser output from the first laser light source (1) is several femtoseconds to several hundreds of picoseconds, as in the first embodiment. As such an ultrashort pulse laser, a picosecond laser or a femtosecond laser is preferably used, and a femtosecond laser is particularly preferably used.
As a specific example of the ultrashort pulse laser output from the first laser light source (1), a femtosecond titanium sapphire laser (800 nm, 150 fs, 20 Hz, 10 mW) can be given as a representative example.
図3においては、上記した第1レーザー光源(1)は、正立型の顕微鏡(3)に組み込まれている。
正立型顕微鏡(3)は、X−Y方向への移動が可能であって細胞育成漕等の試料セル(4)を載置するための電動ステージ(5)と、該ステージ(5)の直上部に配置されて第1レーザー光源(1)から出力されたレーザー光を集光して試料セル(4)へと導く対物レンズ(6)と、該対物レンズ(6)の鉛直下方に配置されてステージ(5)上に載置された試料セル(4)に光を照射する光源ランプ(7)と、該光源ランプ(7)から照射されて試料セル(4)を通過した可視光の透過像を撮像する撮像装置(8)を備えている。
In FIG. 3, the first laser light source (1) described above is incorporated in an upright microscope (3).
The upright microscope (3) is capable of moving in the X-Y direction, and includes an electric stage (5) for placing a sample cell (4) such as a cell growth basket, and the stage (5). An objective lens (6) arranged immediately above and collecting the laser light output from the first laser light source (1) and leading it to the sample cell (4), and arranged vertically below the objective lens (6) The light source lamp (7) for irradiating light to the sample cell (4) placed on the stage (5) and the visible light irradiated from the light source lamp (7) and passed through the sample cell (4). An image pickup device (8) for picking up a transmission image is provided.
顕微鏡(3)の対物レンズ(6)の鉛直上方にはダイクロイックミラー(9)が配置されている。
撮像装置(8)は、CCDカメラやCMOSカメラ等からなり、試料セル(4)を通過した可視光は、対物レンズ(6)の鉛直上方に配置されたダイクロイックミラー(9)を通過した後、撮像装置(8)へと入射する。
A dichroic mirror (9) is arranged vertically above the objective lens (6) of the microscope (3).
The imaging device (8) is composed of a CCD camera, a CMOS camera, or the like, and the visible light that has passed through the sample cell (4) passes through a dichroic mirror (9) disposed vertically above the objective lens (6). The light enters the imaging device (8).
第1レーザー光源(1)から出力されたレーザー光は、機械シャッター(20)、2/λ板(21)、偏光子(22)を順次通過した後、複数の電子制御ミラーからなる電動ミラーユニット(16)により、顕微鏡(3)内に配置されたダイクロイックミラー(9)へと導かれる。
電動ミラーユニット(16)を構成する複数(2つ)の電子制御ミラーは、独立して制御可能とされており、試料セル(4)中における走査方向について、一方がX軸方向、他方がY軸方向の走査を担当する。
電子制御ミラーは、ガルバノミラー、ピエゾ駆動によるミラー、アクチュエータ駆動によるミラー等の中から適宜選択されたものが使用される。
The laser beam output from the first laser light source (1) sequentially passes through the mechanical shutter (20), the 2 / λ plate (21), and the polarizer (22), and then is an electric mirror unit comprising a plurality of electronically controlled mirrors. (16) leads to the dichroic mirror (9) arranged in the microscope (3).
The plurality (two) of electronic control mirrors constituting the electric mirror unit (16) can be controlled independently. One of the scanning directions in the sample cell (4) is the X-axis direction and the other is the Y-axis. Responsible for axial scanning.
As the electronically controlled mirror, a galvano mirror, a piezo-driven mirror, an actuator-driven mirror, or the like is appropriately selected.
ダイクロイックミラー(12)により反射された第1レーザー光源(1)からのレーザー光は、ダイクロイックミラー(9)へと導かれた後、対物レンズ(6)により集光されて試料セル(4)へと導かれる。
電子制御ミラーの駆動制御は、上記第一実施形態で説明したのと同様に、コンピュータ(13)からの制御処理信号に基づいて行われており、顕微鏡下の微小物体は、顕微鏡透過像として撮像装置(8)により撮影され、リアルタイムでコンピュータにキャプチャーされ、電子制御ミラーの制御によって移送される。
The laser light from the first laser light source (1) reflected by the dichroic mirror (12) is guided to the dichroic mirror (9), and then condensed by the objective lens (6) to the sample cell (4). It is guided.
The drive control of the electronic control mirror is performed based on the control processing signal from the computer (13), as described in the first embodiment, and the minute object under the microscope is captured as a microscope transmission image. The image is taken by the device (8), captured in real time by a computer, and transferred under the control of an electronically controlled mirror.
電動ミラーユニット(16)は、個々の電子制御ミラーの駆動により第1レーザー光源(1)から出力されたレーザー光を試料セル(4)内の微小物体の周囲に沿って走査することが可能となっており、これによって該微小物体を捕捉することができる。
すなわち、第1レーザー光源(1)から出力される超短パルスレーザーを微小物体の周囲に沿って高速で走査し、微小物体の周囲近傍の複数箇所において短時間間隔で衝撃波を発生させることによって、微小物体は周囲から発生する衝撃波によって閉じ込められたような状態となって捕捉される。
微小物体の周囲近傍において発生させる衝撃波の時間間隔は、機械シャッター(20)のゲートタイムによって設定することができ(例えば、50ms)、一方、走査速度は、電動ミラーユニット(16)の駆動を制御することによって設定することができるから、ゲートタイムと走査速度を適当に設定することによって、微小物体を周囲からの衝撃波によって確実に閉じ込めることができる。
そして、微小物体を捕捉した状態で、電動ステージ(5)を動かすことにより、細胞等の微小物体を試料セル中で移動させることが可能となる。
The electric mirror unit (16) can scan the laser light output from the first laser light source (1) along the periphery of the minute object in the sample cell (4) by driving individual electronic control mirrors. Thus, the minute object can be captured.
That is, by scanning the ultrashort pulse laser output from the first laser light source (1) at high speed along the periphery of the minute object, and generating shock waves at short intervals at a plurality of locations near the periphery of the minute object, The minute object is captured in a state of being confined by a shock wave generated from the surroundings.
The time interval of the shock wave generated in the vicinity of the minute object can be set by the gate time of the mechanical shutter (20) (for example, 50 ms), while the scanning speed controls the driving of the electric mirror unit (16). Therefore, by setting the gate time and the scanning speed appropriately, the minute object can be surely confined by the shock wave from the surroundings.
Then, by moving the electric stage (5) in a state where the minute object is captured, the minute object such as a cell can be moved in the sample cell.
図4は、上記したような方法で微小物体を移動させる方法を模式的に示した図であり、第1レーザー光源(1)から出力される超短パルスレーザー(例えば、フェムト秒レーザー)(L2)を図中の円弧状矢印で示す如く微小物体(M)の周囲に沿って走査し、該微小物体の周囲近傍の複数箇所(矢印上に黒点で示す)にて衝撃波を発生させることにより、発生した衝撃波によって微小物体を捕捉することができる。そして、その状態で電動ステージ(5)を動かすことにより、微小物体を直線矢印で示す如く試料セル中で移動させることができる。 FIG. 4 is a diagram schematically showing a method of moving a minute object by the method as described above, and an ultrashort pulse laser (for example, femtosecond laser) (L2) output from the first laser light source (1). ) Is scanned along the circumference of the minute object (M) as indicated by the arc-shaped arrow in the figure, and shock waves are generated at a plurality of locations (indicated by black dots on the arrow) near the circumference of the minute object, A minute object can be captured by the generated shock wave. Then, by moving the electric stage (5) in this state, the minute object can be moved in the sample cell as indicated by a straight arrow.
また、この第三実施形態の装置においては、第1レーザー光源(1)から出力された超短パルスレーザーの衝撃波を利用して、上記第一実施形態で説明したような試料セル(4)内の微小物体の移送や細胞の単離を行うこともできる。 In the apparatus of the third embodiment, the shock wave of the ultrashort pulse laser output from the first laser light source (1) is used to store the sample cell (4) as described in the first embodiment. It is also possible to transfer micro objects and to isolate cells.
図5は本発明に係る微小物体加工装置の基本構成の更に別の変更例(第四実施形態)を示す概略図である。
この変更例に係る装置は、前述した第三実施形態の装置と同様に、超短パルスレーザーを出力する第1レーザー光源(1)と、該超短パルスレーザーを試料セル中に含まれる微小物体の周囲近傍の複数箇所に導いて、衝撃波により該微小物体を捕捉する捕捉手段を備えている。
FIG. 5 is a schematic view showing still another modified example (fourth embodiment) of the basic configuration of the minute object processing apparatus according to the present invention.
Similar to the apparatus of the third embodiment described above, the apparatus according to this modified example includes a first laser light source (1) that outputs an ultrashort pulse laser and a minute object that includes the ultrashort pulse laser in a sample cell. A capturing means is provided that guides to a plurality of locations in the vicinity of the object and captures the minute object by a shock wave.
以下、この第四実施形態の装置について、第三実施形態のものと同じ構成については同じ符号を付して重複説明を省き、異なる構成についてのみ説明する。
第四実施形態の装置では、第1レーザー光源(1)から出力されたレーザー光は、機械シャッター(20)、2/λ板(21)、偏光子(22)を順次通過し、投射レンズによって拡径された後、ミラー(23)を介してデジタルマイクロミラーデバイス(24)へと導かれる。
Hereinafter, regarding the apparatus according to the fourth embodiment, the same components as those of the third embodiment will be denoted by the same reference numerals and redundant description will be omitted, and only different components will be described.
In the apparatus of the fourth embodiment, the laser light output from the first laser light source (1) sequentially passes through the mechanical shutter (20), 2 / λ plate (21), and polarizer (22), and is projected by the projection lens. After the diameter is expanded, it is guided to the digital micromirror device (24) through the mirror (23).
デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)(24)は、CMOS半導体上に独立して駆動可能な数ミクロンの微小な鏡(17)が数十万素子配列されたものであって、個々の鏡の角度をデジタル制御にて変化させることによって、反射面の形状や反射率を自在にコントロールすることができる光半導体装置である。
デジタルマイクロミラーデバイス(24)の個々の微小鏡の制御は、撮像装置(8)にて撮像された画像をリアルタイムでコンピュータ(13)にキャプチャーし、キャプチャーされた画像中に存在する微小物体の位置座標を求め、この位置座標からレーザー光の集光座標を決定し、決定された集光座標から鏡の角度を求めることにより行うことができる。
The digital micromirror device (DMD) (24) is composed of hundreds of thousands of micromirrors (17) of several microns that can be independently driven on a CMOS semiconductor. This is an optical semiconductor device that can freely control the shape and reflectivity of the reflecting surface by being changed by digital control.
The individual micromirrors of the digital micromirror device (24) are controlled by capturing an image picked up by the image pickup device (8) on the computer (13) in real time, and the position of the minute object existing in the captured image. This can be done by obtaining coordinates, determining the laser beam condensing coordinates from the position coordinates, and determining the mirror angle from the determined condensing coordinates.
デジタルマイクロミラーデバイス(24)へと導かれたレーザー光は、拡大円内の摸式図に示す如く、入射口(25)からケース(27)内へと入射し、該ケース内部に多数配列された微小鏡(電動ミラーアレイ)により反射される。このとき、個々の鏡の角度をコンピュータにて制御することにより、一部のレーザー光を出射口(26)よりケース(27)外へと出射させ、残りのレーザー光はケース(27)の内壁に吸収させる。 As shown in the schematic diagram in the enlarged circle, the laser light guided to the digital micromirror device (24) enters the case (27) from the entrance (25) and is arranged in a large number inside the case. Reflected by a micromirror (electric mirror array). At this time, by controlling the angle of each mirror by a computer, a part of the laser light is emitted from the emission port (26) to the outside of the case (27), and the remaining laser light is emitted from the inner wall of the case (27). To absorb.
出射口(26)よりケース(28)外へと出射した一部のレーザー光は、顕微鏡(3)内に配置されたダイクロイックミラー(9)へと導かれ、対物レンズ(6)により集光されて試料セル(4)へと導かれる。
この試料セル(4)へと導かれたレーザー光は、試料セル中の微小物体の周囲近傍の複数箇所に同時に集光され、これにより、微小物体の周囲近傍の複数箇所において衝撃波が発生して、微小物体は周囲から発生する衝撃波によって閉じ込められたような状態となって捕捉される。
そして、微小物体を捕捉した状態で、電動ステージ(5)を動かすことにより、細胞等の微小物体を試料セル中で移動させることが可能となる。
A part of the laser light emitted from the emission port (26) to the outside of the case (28) is guided to the dichroic mirror (9) disposed in the microscope (3) and is collected by the objective lens (6). To the sample cell (4).
The laser beam guided to the sample cell (4) is simultaneously focused on a plurality of locations in the vicinity of the minute object in the sample cell, thereby generating shock waves at a plurality of locations in the vicinity of the minute object. The micro object is trapped in a state of being confined by a shock wave generated from the surroundings.
Then, by moving the electric stage (5) in a state where the minute object is captured, the minute object such as a cell can be moved in the sample cell.
図6は、上記したような方法で微小物体を移動させる方法を模式的に示した図であり、第1レーザー光源(1)から出力される超短パルスレーザー(例えば、フェムト秒レーザー)(L2)を図中の円弧状矢印で示す如く微小物体(M)の周囲近傍の複数箇所(黒点で示す)に同時に集光させ、該集光点の夫々で衝撃波を発生させることにより、発生した衝撃波によって微小物体を捕捉することができる。そして、その状態で電動ステージ(5)を動かすことにより、微小物体を直線矢印で示す如く試料セル中で移動させることができる。
また、この第四実施形態の装置によれば、第1レーザー光源(1)から出力された超短パルスレーザーの衝撃波を多数個の微小物体に対して同時に作用させることができ、上記第一実施形態で説明したような試料セル(4)内の微小物体の移送や細胞の単離を多数個の微小物体に対して同時に行うこともできる。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a method of moving a minute object by the method as described above, and an ultrashort pulse laser (for example, femtosecond laser) (L2) output from the first laser light source (1). ) Are simultaneously condensed at a plurality of locations (indicated by black dots) in the vicinity of the periphery of the minute object (M) as indicated by arc-shaped arrows in the figure, and a shock wave is generated at each of the condensing points. Can capture a minute object. Then, by moving the electric stage (5) in this state, the minute object can be moved in the sample cell as indicated by a straight arrow.
Further, according to the apparatus of the fourth embodiment, the shock wave of the ultrashort pulse laser output from the first laser light source (1) can be simultaneously applied to a large number of minute objects. As described in the embodiment, the transfer of the minute objects in the sample cell (4) and the isolation of the cells can be simultaneously performed on a large number of minute objects.
上記第三及び第四実施形態の装置によれば、超短パルスレーザーの衝撃波を利用して微小物体を捕捉する手段を有するので、従来のトラッピング用レーザーと機械式マニピュレーターの中間の強さの力で微小物体を捕捉することが可能となる。
尚、本発明においては、上記第三及び第四実施形態の装置において、第一実施形態又は第二実施形態において説明した、放射圧により微小物体を操作するためのトラッピング用レーザーを出力する第2レーザー光源(2)及び/又は機械式マニピュレーター(14)を具備させることができる。
According to the devices of the third and fourth embodiments, since there is means for capturing a micro object using the shock wave of the ultrashort pulse laser, the force of the intermediate strength between the conventional trapping laser and the mechanical manipulator It becomes possible to capture a minute object.
In the present invention, in the apparatus of the third and fourth embodiments, the second laser that outputs the trapping laser for manipulating the minute object by the radiation pressure described in the first embodiment or the second embodiment. A laser light source (2) and / or a mechanical manipulator (14) can be provided.
また、本発明に係る微小物体加工装置においては、試料セル(4)を微小流路によって接続された複数のマイクロセルから構成し、この試料セル(4)に対して微小物体を含む試料溶液を注入/抽出するためのマイクロシリンジ等からなる微量送液システムを設ける構成が好ましく採用できる。 Moreover, in the micro object processing apparatus according to the present invention, the sample cell (4) is composed of a plurality of micro cells connected by micro flow channels, and a sample solution containing the micro object is supplied to the sample cell (4). A configuration in which a micro liquid feeding system including a microsyringe or the like for injection / extraction is preferably employed.
以下、本発明に係る微小物体加工装置を用いることにより好適に実施可能な微小物体加工方法について、例示して説明する。
(実施例1)
<幹細胞から分化した特定細胞の抽出>
先ず、図7(a)に示すように、機械式マニピュレーター(マイクロピペット)(14)を用いて間葉幹細胞、造血幹細胞、胚性幹細胞等の幹細胞(A)をステージ(5)上に載置された試料セル(基板)(4)上に注入する。
この試料セル(基板)(4)を例えば48時間程度放置し、幹細胞(A)が複数種類の細胞(B),(C),(D)に分化したところで(図7(b)参照)、第1レーザー光源(1)から出力した超短パルスレーザー(フェムト秒レーザー)(強度0.5μJ/pulse、パルス幅150フェムト秒)(L2)を基板(4)上の特定の細胞(B)に照射し、基板(4)から特定の細胞(B)を剥離する(図7(c)参照)。
基板(4)から特定の細胞(B)を剥離した後、剥離された細胞(B)のみを機械式マニピュレーター(マイクロピペット)(14)を用いて基板(4)上から採取する(図7(d)参照)。
Hereinafter, a minute object processing method that can be suitably implemented by using the minute object processing apparatus according to the present invention will be described by way of example.
(Example 1)
<Extraction of specific cells differentiated from stem cells>
First, as shown in FIG. 7 (a), stem cells (A) such as mesenchymal stem cells, hematopoietic stem cells and embryonic stem cells are placed on the stage (5) using a mechanical manipulator (micropipette) (14). The sample cell (substrate) (4) is injected.
The sample cell (substrate) (4) is left for about 48 hours, for example, and when the stem cell (A) is differentiated into a plurality of types of cells (B), (C), (D) (see FIG. 7B), Irradiate a specific cell (B) on the substrate (4) with an ultrashort pulse laser (femtosecond laser) (intensity 0.5 μJ / pulse, pulse width 150 femtosecond) (L2) output from the first laser light source (1) Then, the specific cells (B) are peeled from the substrate (4) (see FIG. 7C).
After detaching specific cells (B) from the substrate (4), only the detached cells (B) are collected from the substrate (4) using a mechanical manipulator (micropipette) (14) (FIG. 7 ( d)).
図8は、この特定の細胞(B)の剥離操作を示す模式図である。
分化した細胞(B)は、針状仮足(filopodia)と葉状仮足(lamellipodia)によって基板(4)上に付着するため、通常の放射圧を利用したレーザーマニピュレーターによって移動させることはできないが、フェムト秒レーザーを特定の細胞(B)の針状仮足に直接照射して切断し((a)参照)、細胞(B)が水玉状に収縮した状態となったところで((b)参照)、細胞(B)から数mm離れた位置にフェムト秒レーザー(強度0.5μJ/pulse、パルス幅150フェムト秒)(L2)を照射する((c)参照)ことにより、発生した衝撃波によって細胞(B)を基板(4)から剥離することができる。
尚、図8(a)中の矢印はフェムト秒レーザーの操作軌跡、(c)の破線同心円はフェムト秒レーザーにより発生する衝撃波を示している。
FIG. 8 is a schematic diagram showing the peeling operation of this specific cell (B).
Differentiated cells (B) are attached to the substrate (4) by needle-shaped limbs (filopodia) and lamellipodia (lamellipodia), and therefore cannot be moved by a laser manipulator using normal radiation pressure. When a femtosecond laser is directly irradiated to a needle-shaped temporary foot of a specific cell (B) and cut (see (a)), the cell (B) is contracted in a polka dot shape (see (b)). By irradiating a femtosecond laser (intensity 0.5 μJ / pulse, pulse width 150 femtosecond) (L2) at a position several mm away from the cell (B) (see (c)), the cell (B ) Can be peeled from the substrate (4).
The arrows in FIG. 8A indicate the operation trajectory of the femtosecond laser, and the broken line concentric circles in FIG. 8C indicate the shock wave generated by the femtosecond laser.
(実施例2)
<組織からの特定細胞の単離と人工授精>
先ず、図9(a)に示すように、生体組織(E)に対して第1レーザー光源(1)から出力した超短パルスレーザー(フェムト秒レーザー)(強度1μJ/pulse、パルス幅150フェムト秒)(L2)を照射して、衝撃波により該組織から精細胞(F)を抽出する。
次いで、生体組織(E)から機械式マニピュレーター(マイクロピペット)(14)を用いて卵細胞(G)を抽出する(図9(b)参照)。
そして、これら抽出された精細胞(F)と卵細胞(G)について、精細胞(F)は第2レーザー光源(2)から出力されたレーザー光(強度100mW、連続発振光)(L1)によるレーザートラッピングにより、卵細胞(G)は機械式マニピュレーター(マイクロピペット)(14)により、互いに近接する位置に配置する(図9(c)参照)。
最後に、近接配置された精細胞(F)と卵細胞(G)との間に、第1レーザー光源(1)から出力した超短パルスレーザー(フェムト秒レーザー)(強度0.5μJ/pulse、パルス幅150フェムト秒)(L2)を照射して、衝撃波により精細胞(F)と卵細胞(G)を融合させる(図9(d)参照)。
(Example 2)
<Isolation of specific cells from tissues and artificial insemination>
First, as shown in FIG. 9A, an ultrashort pulse laser (femtosecond laser) (intensity 1 μJ / pulse, pulse width 150 femtoseconds) output from the first laser light source (1) to the living tissue (E). ) (L2) is irradiated, and sperm cells (F) are extracted from the tissue by shock waves.
Next, egg cells (G) are extracted from the biological tissue (E) using a mechanical manipulator (micropipette) (14) (see FIG. 9B).
Then, for these extracted sperm cells (F) and egg cells (G), the sperm cells (F) are lasers produced by laser light (intensity 100 mW, continuous wave light) (L1) output from the second laser light source (2). By trapping, the egg cells (G) are arranged at positions close to each other by a mechanical manipulator (micropipette) (14) (see FIG. 9C).
Finally, an ultra-short pulse laser (femtosecond laser) output from the first laser light source (1) (intensity 0.5 μJ / pulse, pulse width) between the sperm cells (F) and egg cells (G) placed in close proximity. 150 femtoseconds (L2) is irradiated, and the sperm cells (F) and the egg cells (G) are fused by a shock wave (see FIG. 9 (d)).
本発明は、レーザーマニピュレーション技術を利用して微小物体を加工するための装置として様々な技術分野において幅広く利用可能であり、特にバイオテクノロジーの分野において細胞等を加工する装置として好適に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely used in various technical fields as an apparatus for processing a micro object using a laser manipulation technique, and can be suitably used as an apparatus for processing cells and the like in the field of biotechnology. .
1 第1レーザー光源
2 第2レーザー光源
3 顕微鏡
4 試料セル
5 ステージ
6 対物レンズ
7 光源ランプ
8 撮像装置
9 ダイクロイックミラー
10 全反射ミラー
11 電子制御ミラー
12 ダイクロイックミラー
13 コンピュータ
14 機械式マニピュレーター
15 レーザー光分離手段
16 電動ミラーユニット
24 デジタルマイクロミラーデバイス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st
Claims (11)
The micro object processing apparatus according to claim 1, wherein the micro object is any one of an intracellular organelle, a cell, a living tissue, a living organ, a protein crystal, or a complex thereof.
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