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JP3547899B2 - Micromanipulator and cell used therein - Google Patents
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JP3547899B2 - Micromanipulator and cell used therein - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、媒質中に分散浮遊している微粒子群又は微生物群を顕微鏡でモニタしながら特定の微粒子又は微生物を一つだけ選択し、マイクロピペット内に吸引するマイクロマニピュレータに関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、大腸菌は遺伝子操作を行うために頻繁に使用されるが、この場合に、所定の薬液中に分散させて遺伝子操作を行った後、薬液中に分散する大腸菌を薬液ごとマイクロピペット等で吸入し、これを培養槽に移植して培養し、大量のDNAを複製させるようにしている。
しかし、薬液中に分散している大腸菌は、固体差により、その全てが遺伝子操作されているわけではなく、これをマイクロピペットで吸入するときには同時に複数の大腸菌を吸入してしまうため、培養された大腸菌は遺伝子操作されたものとされないものが混合した状態になり、遺伝子操作されたものの収率が低い。
したがって、1個の大腸菌から培養することができればこれを純粋培養することができるので、その大腸菌が遺伝子操作されていれば、遺伝子操作された大腸菌だけを収率100%で得ることが可能になる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マイクロピペットで1個だけを吸引するためには、周囲の固体を同時に吸い込まないようにマイクロピペットの先端を細くしなければならず、その先端が折れやすいという問題があった。
細胞のように運動しない又は運動の鈍い微生物や微粒子については、媒質中の固体数を極端に少なくすることにより、比較的太めのマイクロピペットでも1個の固体を吸引することが可能となるが、大腸菌等のように動きが比較的速い(数μm〜数十μm/s)ものについてはその動きに追従して操作することが難しく、1個だけを吸引することが困難であった。
【0004】
また、自動制御等により追従して動かすことができたとしても、マイクロピペットを薬液内で移動させるときに薬液がかき回されて流れが生じ、吸引しようとする微生物自身が移動してしまうので、結局、薬液を大量に吸い込んで複数の微生物を同時に捕捉することはできても、微生物を1個だけ吸引することは困難であった。
そこで、本発明は、大腸菌のように動きの速い微生物や微粒子でも、これを1個だけ確実に吸引できるようにすることを技術的課題としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明は、セル上に保持させた媒質中に分散浮遊している微生物群又は微粒子群から特定の微生物又は微粒子を顕微鏡の視野下でマイクロピペット内に吸引するマイクロマニピュレータであって、媒質中の特定の微生物又は微粒子にレーザ光を照射して当該微生物又は微粒子をトラップするレーザトラッピング手段と、レーザ光によりトラップした微生物又は微粒子以外の微生物群又は微粒子群を、前記媒質中に配設した少なくとも一対の電極間に電界を形成させることにより一方または双方の電極に吸着させておく電気的吸着手段と、前記レーザトラッピング手段によりトラップされた特定の微生物又は微粒子を媒質中に進出されたマイクロピペット内に吸引する吸引手段とを備えたことを特徴とする。
【0006】
これによれば、媒質中の特定の微生物又は微粒子にレーザ光を照射すると当該微生物又は微粒子がその焦点位置にトラップされ、大腸菌のように速く動き回る細菌類でもその動きが停止される。
この状態で、媒質中に平等電界を形成するとその電界内に存在する荷電微粒子が反対極性の電極に向かって泳動される電気泳動現象を起こす。また、不平等電界を形成するとその電界内に存在する電気的に中性な微生物や微粒子は分極が生じ、両端に正負等しい量の電荷が誘導されるが、外部電界が一様でないため、力にアンバランスが生じ、微生物や微粒子が電界密度の高い方に向かって泳動される誘電泳動現象を起こす。
【0007】
そして、この電気泳動,誘電泳動により、電極間にある微生物群又は微粒子群は、レーザ光によりトラップされた特定の微生物又は微粒子を除いて電極に向かって移動し、当該電極に吸着されるので、特定の微生物又は微粒子は他の微生物群又は微粒子群から分離される。
次いで、前記レーザ光を走査し、または、セルを移動させてその特定の微生物又は微粒子をマイクロピペット吸引位置まで移動させたり、マイクロピペットをトラップ位置まで進出させれば、特別細いマイクロピペットを用いることなく、特定の微生物又は微粒子を1個だけ確実に吸引することができる。
【0008】
なお、誘電泳動は、電気泳動とは異なり、その違いは交流電界で顕著に現れる。すなわち、電気泳動は、電界が平等であるか不平等であるかにかかわらず、荷電粒子にクーロン力が作用して、荷電粒子がその極性と反対極の電極に引き寄せられるものでしるから、交流電界中においては、荷電粒子は電界の交番と共に向きを反転して一点を中心に振動するのみで並進運動は起こさないのに対し、誘電泳動では、電界の交番と共に分極された双極子の向きを反転させながら常に微生物又は微粒子は電界の強い方(誘電率によっては弱い方)へ運ばれる。
特に、微生物や微粒子を扱う場合、電極のすぐ近くに微生物や微粒子があるため、媒質液となる水溶液中で直流電界による電気泳動を利用すると電気分解などの電極反応の影響が問題となるのに対し、交流電界による誘電泳動現象を利用すれば電極反応が生じにくい。
【0009】
また、この不平等電界は、二つの板状電極の面同士を対向させるのではなく形成するのではなく、例えば、一方又は双方の電極を針状又はナイフエッジ状(線状)に形成することにより、3次元的に不平等な電界を形成すればよい。
例えば、媒質中にナイフエッジ状の電極を対向させた場合、電極間に生じる電界の電気力線は、その断面方向から見ると、一方のナイフエッジ先端から放射状に広がって、他方のナイフエッジ先端に収束するので、電極先端近傍の電界が強く、電極の中間部分の電界が弱い不平等電界が形成される。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて具体的に説明する。
図1は本発明に係るマイクロマニピュレータの一例を示す概略構成図、図2はそれに使用するセルを示す斜視図、図3は電極間に形成される不平等電界の模式図、図4は操作手順を示す説明図である。
【0011】
電気的に中性な微生物を捕捉する場合を例にとって説明すると、図中1は、セル2に保持させた媒質液中から大腸菌等の微生物群から一つの固体を選択して捕捉するマイクロマニピュレータであって、前記セル2が倒立顕微鏡4のステージ5上に置かれ、前記微生物3を吸引するマイクロピペット6がセル2内に対し進退可能に配設されると共に、任意の照射位置にレーザ光を照射して当該照射位置にある特定の微生物3をトラップした状態で、前記レーザ光を走査し又はセル2が置かれたステージ5を移動させることによりレーザ光でトラップした特定の微生物3を前記微生物群から分離して媒質中に進出されたマイクロピペット6の先端位置(吸引位置)まで移送するレーザトラッピング手段7と、セル2上に溜めた媒質中に配設した少なくとも一対の電極8A,8B間に不平等電界を形成することによりレーザ光でトラップした微生物3以外の微生物群を当該電極8A,8Bに吸着させておく電気的吸着手段9と、前記レーザトラッピング手段7により特定の微生物3がマイクロピペット6の先端位置(吸引位置)まで移送されてきたときにこれを吸引する吸引手段10とを備えている。
【0012】
倒立型顕微鏡4は、ステージ移動装置11によりX−Y方向に移動可能に配設されたステージ5の下方に対物レンズ12が配設されると共に、その光軸上にセル2内を撮影するCCDカメラ13がセットされ、当該CCDカメラ13で撮影された像がディスブレイ装置14に表示される。
そして、前記レーザトラッピング手段7は、倒立型顕微鏡4の対物レンズ12を透過するレーザ光によりセル2内の微生物3をトラップするようになされ、レーザ光源15から出力されるレーザ光の光路中には、レーザ光の照射位置をX方向及びY方向に移動させるスキャニングミラー16x,16yを有するスキャニング装置17及びダイクロイックミラー18が介装され、当該ダイクロイックミラー18で反射された反射されたレーザ光が対物レンズ12を透過し、セル2内に集光されるように成されている。
なお、対物レンズ12としては例えば倍率 100倍,NA=1.30の液浸対物レンズが使用され、レーザ光源15としては例えば半導体レーザが使用されている。
【0013】
媒質液を保持するセル2は、図2に示すように、例えば極薄のガラス板で形成され、その板面20上には、レーザ光を照射することにより媒質中の特定の微生物をトラップする第一の領域A1 と、前記レーザ光によりトラップされた特定の微生物をマイクロピペットで吸引する第二の領域A2 が、通路21を介して連通して形成されている。
各領域A1 及びA2 を仕切る仕切壁22と、板面20の周囲を囲む周壁23は、例えばフォトレジスト法や印刷法により樹脂を板面20上に付着させて形成されている。なお、各領域A1 及びA2 は、板面20に凹部を設けることにより形成する場合であってもよい。
【0014】
そして、前記第一の領域A1 には、媒質中に不平等電界を形成する電極8A,8Bが配設されている。
この電極8A,8Bは、互いに対向する面24に複数の線状導体25・・・が所定間隔で埋め込まれており、各電極8A,8B間に交流・直流電圧を印加することにより、図3に示すような不平等電界が形成される。
これは、電気力線が、一方の電極8Aの各線状導体25から放射状に広がって、他方の電極8Bの各線状導体25に収束するので、電極8A,8Bの近傍26では電気力線の密度が高く従って電界が強く、電極8A,8Bの中間部分27では電気力線の密度が低く従って電界が弱い不平等電界が形成される。
なお、電極8A,8Bの形状はこれに限るものではなく、例えは一方が点又は線状の電極で、他方が面状であってもよく、要するに、電気的に中性な微生物,微粒子を誘電泳動により吸着させるときは、不平等電界が形成されるものであればよい。
【0015】
また、セル2の裏面側には、圧電セラミックス,圧電素子,超磁歪素子等の振動子28が取り付けられており、セル2を超音波振動させることによりセル2の板面20に吸着した微生物や微粒子を振るい落とすようになされている。
【0016】
30は、マイクロマニピュレータ1を制御する制御装置であって、その入力側には、CCDカメラ13,キーボード31,マウス32が接続され、その出力側には、ディスプレイ装置14,レーザ光源15の駆動装置33,電極8A,8B間に1MHz程度の高周波の交流電界を形成する高周波発振器34,振動子28を駆動する振動発生装置35,レーザスキャニング装置のドライバ36,ステージ駆動装置11が接続されいてる。
【0017】
以上が本発明装置の一例であって、次に、その作用について図4(a)〜(d)を伴って説明する。
まず、セル2をステージ5上にセットし、図4(a)に示すように、第一の領域A1 内に多数の微生物(例えば大腸菌)を含む媒質液を滴下すると共に、第二の領域A2 内に微生物のいない媒質液を滴下する。
この状態で放置すると、第一の領域A1 内の微生物が通路21から第二の領域A2 に泳ぎ出してしまうので、すぐに高周波発振器34により電極8A,8Bに交流電圧を印加して不平等電界を形成させると、微生物は誘電泳動を起こして各電極8A,8Bに向かって移動する。
このようにして、図4(b)に示すように微生物を各電極8A,8Bに吸着させ、第一の領域A1 内に閉じ込めておく。
なお、このとき電極8A,8B間には、例えば媒質液の抵抗率が10kΩ・cm以上のときに、400V/cm,1MHz程度の交流電圧を印加する。
【0018】
次いで、電極8A,8Bに印加されている電圧を一時的に遮断すると不平等電界が消失し、図4(c)に示すように、電極8A,8B に吸着されていた微生物が電極から離れて泳ぎだすので、これをディスプレイ装置14で見ながら、電極8A,8Bの中間位置にある特定の微生物3に対し、スキャニング装置17によりレーザ光を照射すれば、その位置で微生物3がトラップされる。
【0019】
そして、再び電極8A,8Bに交流電圧を印加すると、図4(d)に示すように、不平等電界が形成されるので、レーザ光によりトラップした特定の微生物3以外の微生物は再び電極8A,8Bに吸着される。
ここで、スキャニング装置17を駆動させてレーザ光を走査することにより、又はステージ駆動装置11によりステージ5を移動させることにより、図4(d)に示すように、レーザ光でトラップした特定の微生物3を第一の領域A1 から通路21を通って第二の領域内へ移動させ、予め媒質液内に進出させておいたマイクロピペット6の先端位置(吸入位置)に位置決めする。
【0020】
そして、微生物3がレーザスポット外に移動しない程度までレーザ光の出力を弱めながら、吸引手段10を作動させてマイクロピペット6内に微生物3を吸引すると、マイクロピペット6を移動させることなく、微生物を1個だけ確実に捕捉することができる。
また、他の微生物は電極8A,8Bに吸着されているので第二の領域A2 に泳ぎ出すことがなく、第二の領域A2 にはレーザ光でトラップした特定の微生物しかいないので、マイクロピペット6の先端が多少太くても、確実に1個だけをマイクロピペット6内に吸引することができる。
【0021】
次いで、マイクロピペット6をロボットアーム(図示せず)などにより培地を形成したマイクロプレート(図示せず)まで移動させて、マイクロプレート上に微生物3を吐出する。
これにより、例えば遺伝子操作した大腸菌を1個の菌から100%の収率で純粋培養することがきる。
【0022】
なお、電極8A及び8Bは、図2に示す場合に限らず、図5(a)に示すように互いに対向する面24に、長手方向に沿って線状導体25を配設してもよい。この場合は、図5(b)に示すように、厚さ方向に不平等な電界が形成される。
また、荷電粒子などを電気泳動により吸着させる場合は平等,不平等を問わず電界を形成すれば足りるので、板状の導体で電極8A,8Bを形成し、その面同士を対向させて配設してもよい。
【0023】
図6はセル2の他の実施形態を示す斜視図であって、本例では、二つの円形の穴61及び62を形成したセル板63が、基板64に重ねられて形成され、前記円形穴61と基板64で形成される凹部が、レーザ光を照射することにより媒質中の特定の微生物3又は微粒子をトラップする第一の領域A1 となり、円形穴62と基板64で形成される凹部が、レーザ光によりトラップされた特定の微生物3又は微粒子をマイクロピペットで吸引する第二の領域A2 となる。
そして、セル板63の底面には、セル板63が基板64と重ねられたときに、前記各領域A1 及びA2 を連通するトンネル型の通路21となる溝が形成されている。
また、基板上には、前記第一の領域A1 となる円形穴61が重なる位置に、アルミを蒸着してなる薄膜電極8A,8Bが形成されている。
【0024】
これによれば、前記第一の領域A1 に微生物が混在する資料となる媒質を満たし、前記第二の領域A2 に微生物のいない媒質を満たして、第一の領域A1 にレーザ光を照射し任意の微生物3を捕捉すると共に、電極8A,8B間に電界を形成して他の微生物3を電極8A,8Bに吸着させた後、トンネル型の通路21を通ってこれを第二の領域A2 に移送させる。
そして、第二の領域A2 に移送された微生物3を、マイクロピペット6で吸引すれば、第二の領域A2 にはレーザ光でトラップした特定の微生物しかいないので、マイクロピペット6の先端が多少太くても、確実に1個だけをマイクロピペット6内に吸引することができる。
【0025】
図7はセル2のさらに他の実施形態を示す斜視図であって、本例では、レーザ光を照射することにより媒質中の特定の微生物3又は微粒子をトラップした状態で、マイクロピペット6内に吸入する領域Aが形成されると共に、媒質中に電界を形成する少なくとも一対の電極8A, 8Bが前記領域Aを挟んで形成されている。
【0026】
これによれば、前記領域Aに微生物が混在する資料となる媒質を満たして、当該領域A内にレーザ光を照射し任意の微生物3を捕捉すると共に、電極8A,8B間に電界を形成して他の微生物3を電極8A,8Bに吸着させる。
そして、この状態で、マイクロピペット6をレーザ光の照射位置まで進出させてトラップされている微生物3を吸引すれば、その近傍には、レーザ光でトラップした特定の微生物しかいないので、マイクロピペット6の先端が多少太くても、確実に1個だけをマイクロピペット6内に吸引することができる。
【0027】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、微生物群又は微粒子群の中からレーザトラッピング手段により特定の微生物や微粒子をレーザ光でトラップしてその動きを止め、トラップした特定の微生物又は微粒子以外の他の微生物又は微粒子は電気的吸着手段により電極に吸着させておくことができ、レーザ光でトラップした特定の微生物や微粒子をマイクロピペットで吸入させれば、マイクロピペットの先端近傍には微生物や微粒子が1個だけ位置決めされ、他の微生物や微粒子は存在しないので、先端が比較的太いマイクロピペットを使用しても微生物や微粒子を確実に1個だけ吸引することができるという大変優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るマイクロマニピュレータの一例を示す概略説明図。
【図2】それに使用するセルを示す斜視図。
【図3】電極間に形成される不平等電界の模式図。
【図4】(a)〜(d)は夫々操作手順を示す説明図。
【図5】(a),(b)は夫々他の電極を示す斜視図及び電界模式図。
【図6】セルの他の例を示す斜視図。
【図7】セルのさらに他の例を示す斜視図。
【符号の説明】
1・・・マイクロマニピュレータ
2・・・セル
3・・・微生物
4・・・倒立顕微鏡
6・・・マイクロピペット
7・・・レーザトラッピング手段
8A,8B・・電極
9・・・電気的吸着手段
10・・・吸引手段
20・・・板面
1 ・・・第一の領域
2 ・・・第二の領域
21・・・通路
[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a micromanipulator that selects only specific particles or microorganisms while monitoring a group of particles or microorganisms dispersed and suspended in a medium with a microscope, and aspirates them into a micropipette.
[0002]
[Prior art]
For example, Escherichia coli is frequently used for genetic manipulation.In this case, after dispersing in a predetermined chemical solution and performing genetic manipulation, the Escherichia coli dispersed in the drug solution is inhaled with a micropipette together with the chemical solution. Then, this is transplanted into a culture tank and cultured to replicate a large amount of DNA.
However, Escherichia coli dispersed in the drug solution is not all genetically manipulated due to individual differences, and when inhaling this with a micropipette, multiple Escherichia coli are inhaled at the same time, so it was cultured. Escherichia coli is a mixture of those that have been genetically engineered and those that have not, and the yield of genetically engineered ones is low.
Therefore, if it can be cultured from one Escherichia coli, it can be purely cultured. If the Escherichia coli is genetically modified, only the genetically modified Escherichia coli can be obtained at a yield of 100%. .
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to aspirate only one micropipette with a micropipette, the tip of the micropipette must be thin so as not to suck in surrounding solids at the same time, and there is a problem that the tip is easily broken.
For microorganisms and microparticles that do not move or move slowly like cells, by making the number of solids in the medium extremely small, even a relatively thick micropipette can aspirate one solid, It is difficult to operate following a relatively fast movement (several μm to several tens μm / s) such as Escherichia coli or the like, and it is difficult to suck only one of them.
[0004]
Further, even if the micropipette can be moved following the automatic control or the like, when the micropipette is moved in the drug solution, the drug solution is agitated and a flow occurs, and the microorganisms to be sucked are moved. Although it is possible to simultaneously capture a plurality of microorganisms by sucking a large amount of a drug solution, it is difficult to aspirate only one microorganism.
Therefore, it is a technical object of the present invention to make it possible to reliably aspirate only one fast moving microorganism or microparticle such as Escherichia coli.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, the present invention provides a micropipette that aspirates a specific microorganism or microparticle from a group of microbes or microparticles dispersed and suspended in a medium held on a cell into a micropipette under a visual field of a microscope. A manipulator, a laser trapping means for irradiating a specific microorganism or fine particles in a medium with laser light to trap the microorganism or fine particles, and a group of microorganisms or fine particles other than the microorganism or fine particles trapped by the laser light, An electric adsorption means for adsorbing to one or both electrodes by forming an electric field between at least a pair of electrodes provided in the medium; and a specific microorganism or fine particles trapped by the laser trapping means in the medium. And a suction means for sucking into the micropipette advanced into the micropipette.
[0006]
According to this, when a specific microorganism or fine particle in a medium is irradiated with laser light, the microorganism or fine particle is trapped at the focal position, and the movement of even fast moving bacteria such as Escherichia coli is stopped.
In this state, when a uniform electric field is formed in the medium, an electrophoresis phenomenon occurs in which charged fine particles existing in the electric field migrate toward an electrode having an opposite polarity. In addition, when an uneven electric field is formed, electrically neutral microorganisms and fine particles existing in the electric field are polarized, and electric charges of the same amount are induced at both ends. This causes an imbalance, which causes a dielectrophoresis phenomenon in which microorganisms and fine particles migrate toward the higher electric field density.
[0007]
Then, due to the electrophoresis and dielectrophoresis, a group of microorganisms or particles present between the electrodes moves toward the electrode except for specific microorganisms or particles trapped by the laser light, and is adsorbed to the electrode. Certain microorganisms or microparticles are separated from other microbes or microparticles.
Then, by scanning the laser light, or by moving the cell to move the specific microorganisms or microparticles to the micropipette suction position, or to advance the micropipette to the trap position, use a special thin micropipette In addition, only one specific microorganism or fine particle can be reliably sucked.
[0008]
Note that dielectrophoresis is different from electrophoresis, and the difference is noticeable in an alternating electric field. That is, in electrophoresis, regardless of whether the electric field is equal or unequal, Coulomb force acts on charged particles, and the charged particles are attracted to an electrode of the opposite polarity to the polarity, In an alternating electric field, the charged particle reverses its direction with the alternation of the electric field and oscillates only around one point without causing translational motion, whereas in dielectrophoresis, the orientation of the dipole polarized with the alternation of the electric field Microorganisms or microparticles are always transported to the one with a stronger electric field (the one with a weaker dielectric constant) while reversing.
In particular, when dealing with microorganisms and microparticles, there are microbes and microparticles in the immediate vicinity of the electrode, so if electrophoresis using a DC electric field is used in an aqueous solution that is a medium solution, the effects of electrode reactions such as electrolysis may become a problem. On the other hand, if a dielectrophoretic phenomenon caused by an AC electric field is used, an electrode reaction is unlikely to occur.
[0009]
In addition, this non-uniform electric field is not formed by making the surfaces of the two plate-shaped electrodes face each other, but, for example, by forming one or both electrodes in a needle shape or a knife edge shape (linear shape). Thus, a three-dimensional uneven electric field may be formed.
For example, when a knife-edge-shaped electrode is opposed to a medium, the lines of electric force of the electric field generated between the electrodes spread radially from one knife-edge tip and see the other knife-edge tip when viewed from the cross-sectional direction. Therefore, an unequal electric field is formed in which the electric field near the electrode tip is strong and the electric field in the middle part of the electrode is weak.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a micromanipulator according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a cell used for the same, FIG. 3 is a schematic diagram of an uneven electric field formed between electrodes, and FIG. FIG.
[0011]
The case where an electrically neutral microorganism is captured will be described as an example. In the figure, reference numeral 1 denotes a micromanipulator that selects and captures one solid from a group of microorganisms such as Escherichia coli from a medium solution held in a cell 2. The cell 2 is placed on a stage 5 of an inverted microscope 4, a micropipette 6 for sucking the microorganisms 3 is provided so as to be able to advance and retreat into the cell 2, and a laser beam is emitted to an arbitrary irradiation position. The specific microorganisms 3 trapped with the laser light by scanning the laser light or moving the stage 5 on which the cell 2 is placed in a state where the specific microorganisms 3 at the irradiation position are trapped by the irradiation are replaced with the microorganisms. A laser trapping means 7 for transferring the micropipette 6 separated from the group to a tip position (suction position) of the micropipette 6 advanced into the medium; An electric adsorption means 9 for adsorbing a group of microorganisms other than the microorganisms 3 trapped by laser light to the electrodes 8A, 8B by forming an uneven electric field between at least the pair of electrodes 8A, 8B; When the specific microorganisms 3 are transferred to the tip position (suction position) of the micropipette 6 by the means 7, a suction means 10 for sucking the specific microorganisms 3 is provided.
[0012]
The inverted microscope 4 has an objective lens 12 disposed below a stage 5 which is disposed so as to be movable in the X and Y directions by a stage moving device 11, and a CCD for photographing the inside of the cell 2 on the optical axis thereof. The camera 13 is set, and an image captured by the CCD camera 13 is displayed on the display device 14.
The laser trapping means 7 is adapted to trap the microorganisms 3 in the cell 2 by the laser light transmitted through the objective lens 12 of the inverted microscope 4, and the laser trapping means 7 is provided in the optical path of the laser light output from the laser light source 15. A scanning device 17 having scanning mirrors 16x and 16y for moving the irradiation position of the laser light in the X direction and the Y direction and a dichroic mirror 18 are interposed, and the laser light reflected by the dichroic mirror 18 is used as an objective lens. 12 and is condensed in the cell 2.
As the objective lens 12, for example, a liquid immersion objective lens with a magnification of 100 and NA = 1.30 is used, and as the laser light source 15, for example, a semiconductor laser is used.
[0013]
As shown in FIG. 2, the cell 2 holding the medium liquid is formed of, for example, an extremely thin glass plate, and a specific microorganism in the medium is trapped on the plate surface 20 by irradiating a laser beam. A first region A 1 and a second region A 2 for sucking a specific microorganism trapped by the laser light with a micropipette are formed so as to communicate with each other via a passage 21.
The partition wall 22 for partitioning the respective areas A 1 and A 2 and the peripheral wall 23 surrounding the periphery of the plate surface 20 are formed by attaching a resin to the plate surface 20 by, for example, a photoresist method or a printing method. Note that the regions A 1 and A 2 may be formed by providing recesses on the plate surface 20.
[0014]
Then, wherein the first region A 1, the electrode 8A to form a uniform electric field in the medium, 8B are provided.
The electrodes 8A and 8B have a plurality of linear conductors 25 embedded at predetermined intervals on surfaces 24 facing each other, and by applying an AC / DC voltage between the electrodes 8A and 8B, An uneven electric field as shown in FIG.
This is because the lines of electric force spread radially from the respective linear conductors 25 of one electrode 8A and converge on the respective linear conductors 25 of the other electrode 8B, so that the density of the lines of electric force near the electrodes 8A and 8B 26 Therefore, an uneven electric field is formed at the intermediate portion 27 between the electrodes 8A and 8B because the density of the lines of electric force is low and the electric field is weak.
The shape of the electrodes 8A and 8B is not limited to this. For example, one of the electrodes may be a point or a linear electrode and the other may be a planar electrode. When adsorbing by dielectrophoresis, it is sufficient that an uneven electric field is formed.
[0015]
A vibrator 28 such as a piezoelectric ceramic, a piezoelectric element, or a giant magnetostrictive element is attached to the back surface of the cell 2. It is designed to shake off fine particles.
[0016]
Reference numeral 30 denotes a control device for controlling the micromanipulator 1. The CCD camera 13, the keyboard 31, and the mouse 32 are connected to the input side, and the display device 14 and the driving device for the laser light source 15 are connected to the output side. 33, a high-frequency oscillator 34 for forming a high-frequency AC electric field of about 1 MHz between the electrodes 8A and 8B, a vibration generator 35 for driving the vibrator 28, a driver 36 of a laser scanning device, and the stage driving device 11 are connected.
[0017]
The above is an example of the device of the present invention. Next, the operation thereof will be described with reference to FIGS.
First, it sets the cell 2 on the stage 5, as shown in FIG. 4 (a), while dropping a liquid medium containing a large number of microorganisms in the first region A 1 (e.g. E. coli), the second region dripping the liquid medium with no microorganism in a 2.
If left in this state, since the microorganisms in the first area A 1 will be out swim from the passage 21 to the second region A 2, electrodes 8A immediately by the high-frequency oscillator 34, by applying an AC voltage to 8B non When an equal electric field is formed, the microorganisms cause dielectrophoresis and move toward the electrodes 8A and 8B.
In this way, each electrode 8A microorganisms as shown in FIG. 4 (b), adsorbed onto 8B, confining the first area A 1.
At this time, an AC voltage of about 400 V / cm and 1 MHz is applied between the electrodes 8A and 8B, for example, when the resistivity of the medium liquid is 10 kΩ · cm or more.
[0018]
Next, when the voltage applied to the electrodes 8A and 8B is temporarily cut off, the unequal electric field disappears, and the microorganisms adsorbed on the electrodes 8A and 8B separate from the electrodes as shown in FIG. Since the swimmer begins to swim, a specific microorganism 3 located at an intermediate position between the electrodes 8A and 8B is irradiated with a laser beam by the scanning device 17 while watching it on the display device 14, and the microorganism 3 is trapped at that position.
[0019]
When an AC voltage is applied again to the electrodes 8A and 8B, an uneven electric field is formed as shown in FIG. 4D, so that microorganisms other than the specific microorganism 3 trapped by the laser beam are again applied to the electrodes 8A and 8B. 8B.
Here, by scanning the laser beam by driving the scanning device 17 or by moving the stage 5 by the stage driving device 11, as shown in FIG. 3 is a movement from the first region a 1 through the passage 21 into the second region, is positioned at the end position of the micropipette 6 which had been advanced to advance the liquid medium in (inhalation position).
[0020]
Then, while the output of the laser beam is weakened to the extent that the microorganisms 3 do not move out of the laser spot, the suction means 10 is operated to suck the microorganisms 3 into the micropipette 6, and the microorganisms are moved without moving the micropipette 6. Only one can be reliably captured.
Also, other microorganisms electrodes 8A, without out swim to the second region A 2 because they are attracted to 8B, since the second region A 2 not only specific microorganisms trapped by the laser light, micro Even if the tip of the pipette 6 is somewhat thick, only one pipette can be reliably sucked into the micropipette 6.
[0021]
Next, the micropipette 6 is moved to a microplate (not shown) on which a culture medium is formed by a robot arm (not shown) or the like, and the microorganisms 3 are discharged onto the microplate.
This allows, for example, pure cultivation of genetically engineered Escherichia coli from one bacterium at a yield of 100%.
[0022]
Note that the electrodes 8A and 8B are not limited to the case shown in FIG. 2, and a linear conductor 25 may be provided along the longitudinal direction on the surfaces 24 facing each other as shown in FIG. In this case, as shown in FIG. 5B, an uneven electric field is formed in the thickness direction.
Further, when charged particles are adsorbed by electrophoresis, it suffices to form an electric field irrespective of equality or inequality. May be.
[0023]
FIG. 6 is a perspective view showing another embodiment of the cell 2. In this example, a cell plate 63 in which two circular holes 61 and 62 are formed is superposed on a substrate 64, and the circular hole is formed. The concave portion formed by the circular hole 62 and the substrate 64 becomes a first region A 1 for trapping a specific microorganism 3 or fine particles in the medium by irradiating the laser beam. , the second region a 2 where a particular microorganism 3 or particulates trapped by the laser light is sucked by the micropipette.
The bottom of the cell plate 63 is formed with a groove serving as a tunnel-type passage 21 communicating the regions A 1 and A 2 when the cell plate 63 is overlaid on the substrate 64.
Further, on the substrate, at a position where the first region A 1 and comprising a circular hole 61 overlaps the thin film electrode 8A made by depositing aluminum, 8B are formed.
[0024]
According to this, the first region A 1 is filled with a medium serving as a material containing microorganisms, the second region A 2 is filled with a medium free of microorganisms, and the first region A 1 is irradiated with laser light. Irradiation captures any microorganisms 3 and forms an electric field between the electrodes 8A and 8B to adsorb other microorganisms 3 to the electrodes 8A and 8B. to transfer to the region a 2.
Then, when the microorganisms 3 transferred to the second area A 2 are aspirated by the micropipette 6, only the specific microorganisms trapped by the laser light are present in the second area A 2 , so that the tip of the micropipette 6 is Even if it is somewhat thick, only one can be reliably sucked into the micropipette 6.
[0025]
FIG. 7 is a perspective view showing still another embodiment of the cell 2. In this example, a specific microorganism 3 or fine particles in a medium are trapped by irradiating a laser beam, and the cell 2 is placed in a micropipette 6. A region A for suction is formed, and at least a pair of electrodes 8A and 8B for forming an electric field in the medium are formed with the region A interposed therebetween.
[0026]
According to this, the region A is filled with a medium serving as a material in which microorganisms are mixed, and the region A is irradiated with a laser beam to capture any microorganisms 3 and an electric field is formed between the electrodes 8A and 8B. The other microorganisms 3 are adsorbed on the electrodes 8A and 8B.
Then, in this state, if the micropipette 6 is advanced to the irradiation position of the laser light and the trapped microorganisms 3 are aspirated, only the specific microorganisms trapped by the laser light are present in the vicinity thereof. Even if the tip is slightly thicker, only one can be reliably sucked into the micropipette 6.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, specific microorganisms or microparticles are trapped by a laser beam from a group of microbes or microparticles with a laser beam to stop their movement, and other than the specific microbes or microparticles trapped. Other microorganisms or microparticles can be adsorbed on the electrode by an electric adsorption means, and if specific microbes or microparticles trapped by laser light are inhaled by a micropipette, the microbes or microparticles will be located near the tip of the micropipette. Since only one is positioned and no other microorganisms or microparticles are present, it has a very excellent effect that only one microbe or microparticle can be reliably aspirated even if a micropipette with a relatively thick tip is used. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing an example of a micromanipulator according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a cell used for it.
FIG. 3 is a schematic view of an uneven electric field formed between electrodes.
FIGS. 4A to 4D are explanatory diagrams each showing an operation procedure.
FIGS. 5A and 5B are a perspective view and a schematic view of an electric field, respectively, showing another electrode.
FIG. 6 is a perspective view showing another example of the cell.
FIG. 7 is a perspective view showing still another example of the cell.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Micromanipulator 2 ... Cell 3 ... Microorganism 4 ... Inverted microscope 6 ... Micropipette 7 ... Laser trapping means 8A, 8B ... Electrode 9 ... Electric adsorption means 10 ... suction means 20 ... plate surface a 1 ... first region a 2 ... second area 21 ... passage

Claims (3)

セル(2)上に保持させた媒質中に分散浮遊している微生物群又は微粒子群から特定の微生物(3)又は微粒子を顕微鏡(4)の視野下でマイクロピペット(6)内に吸引するマイクロマニピュレータであって、
媒質中の特定の微生物(3)又は微粒子にレーザ光を照射して当該微生物(3)又は微粒子をトラップするレーザトラッピング手段(7)と、
レーザ光によりトラップした微生物(3)又は微粒子以外の微生物群又は微粒子群を、前記媒質中に配設した少なくとも一対の電極(8A, 8B) 間に電界を形成させることにより一方または双方の電極(8A, 8B) に吸着させておく電気的吸着手段(9)と、
前記レーザトラッピング手段(7)によりトラップされた特定の微生物(3)又は微粒子を媒質中に進出されたマイクロピペット(6)内に吸引する吸引手段(10)とを備えたことを特徴とするマイクロマニピュレータ。
A micro that sucks a specific microorganism (3) or a fine particle from a group of microorganisms or fine particles dispersed and suspended in a medium held on a cell (2) under a visual field of a microscope (4) into a micropipette (6). A manipulator,
A laser trapping means (7) for irradiating a specific microorganism (3) or fine particles in a medium with laser light to trap the microorganism (3) or fine particles;
A microorganism group or particles other than the microorganisms (3) or the particles trapped by the laser beam is formed by forming an electric field between at least a pair of electrodes (8A, 8B) arranged in the medium, thereby forming one or both electrodes ( 8A, 8B), an electric adsorption means (9) for adsorbing the
And a suction means (10) for sucking a specific microorganism (3) or fine particles trapped by said laser trapping means (7) into a micropipette (6) advanced into a medium. manipulator.
微生物(3)又は微粒子を顕微鏡の視野下でマイクロピペット(6)内に吸入する際に、微生物又は微粒子を分散浮遊させた媒質液を保持するセルであって、
レーザ光を照射することにより媒質中の特定の微生物(3)又は微粒子をトラップする第一の領域(A1) と、前記レーザ光によりトラップされた特定の微生物(3)又は微粒子をマイクロピペットで吸引する第二の領域(A2) が、通路(21)を介して連通して形成され、
前記第一の領域には、媒質中に電界を形成する少なくとも一対の電極(8A, 8B) が配設されたことを特徴とするセル。
A cell for holding a medium liquid in which microorganisms or fine particles are dispersed and suspended when the microorganisms (3) or fine particles are sucked into the micropipette (6) under the field of view of a microscope;
A first region (A 1 ) for trapping a specific microorganism (3) or fine particles in a medium by irradiating laser light, and a specific microorganism (3) or fine particles trapped by the laser light are micropipetted. A second area (A 2 ) for suction is formed in communication with the passage (21),
A cell, wherein at least a pair of electrodes (8A, 8B) for forming an electric field in a medium are arranged in the first region.
微生物(3)又は微粒子を顕微鏡の視野下でマイクロピペット(6)内に吸入する際に、微生物又は微粒子を分散浮遊させた媒質液を保持するセルであって、
レーザ光を照射することにより媒質中の特定の微生物(3)又は微粒子をトラップした状態で、マイクロピペット(6)内に吸入する領域(A)が形成されると共に、
媒質中に電界を形成する少なくとも一対の電極(8A, 8B) が前記領域(A)を挟んで形成されていることを特徴とするセル。
A cell for holding a medium liquid in which microorganisms or fine particles are dispersed and suspended when the microorganisms (3) or fine particles are sucked into the micropipette (6) under the field of view of a microscope;
A region (A) to be sucked into the micropipette (6) is formed in a state where the specific microorganisms (3) or the fine particles in the medium are trapped by irradiating the laser beam,
A cell characterized in that at least a pair of electrodes (8A, 8B) for forming an electric field in a medium are formed sandwiching the region (A).
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