专利名称：控制标本移动的装置、方法以及处理标本的步骤的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在观察标本或对标本进行指定处理时，控制标本移动的技术，特别是对象细胞这样的小的标本进行观察或是进行上述处理的技术。
将作为标本的宿主细胞引入盛有生理盐水的培养皿中。操作者(工人)使用抽吸装置将宿主细胞保持在抽吸装置吸管顶端，使用薄玻璃管挑刺宿主细胞核，将重组DNA通过玻璃管引导至细胞核内。在进行这一操作的同时，操作者使用显微镜观察进程并确定位置正确。
但是，由于宿主细胞在生理盐水中的方向是随机的，上述宿主细胞通过上述操作，被吸到并保持在吸管的顶端上时，其方向未加调整。当细胞核没有在玻璃管的附近，换句话说，当固定的标本没有一个适于操作的方向时，操作者必须改变抽吸吸管相对于标本的方向，重复抽吸、固定标本的操作。这样，操作者必须花费相当多的时间和麻烦才能得到希望的方向。而且，为了通过这一处理捕捉到希望得到的标本，必须将抽吸吸管移动靠近标本。换句话说，这一操作要在显微镜下进行观察得到特定标本的所希望的方向，这是非常费力的工作。
根据本发明控制标本移动的装置还包括振动模式变化装置，用于改变振动器的振动模式。这样，可以自由变化捕捉标本的波点位置，可以更精确地将标本移到希望的位置。
当振动器连续地振动时，标本，特别是特定的标本或是介质，可能被破坏或是变得难以控制标本，这是由于标本移动速率(比如，移动速度或是旋转速度)变高。根据本发明，振动器的振动可以间歇地转换，从而适当地调整振动器的振动能量。这样，破坏标本的情况减小了，可以适当地调整标本的移动速率的变化，因而可以以更高的精确度更容易、更快速地控制标本的移动。
根据本发明控制标本移动的方法包括将标本浸入介质的步骤；引起放置在介质中的振动器产生具有至少一个波点的驻波振动，从而在振动器表面附近，在驻波振动的波点捕捉标本的步骤。这样，上面描述的需要进行复杂步骤的情况被简化了，甚至消除了，从而可以以更高的精确度更容易、更快速地控制标本的移动。
根据本发明处理标本的方法包括将标本浸入介质的步骤；引起放置在介质中的振动器产生具有至少一个波点的驻波振动，从而在振动器表面附近，驻波振动的波点捕捉标本的步骤；对被捕捉的标本进行指定的处理的步骤。这样，标本可以在希望的位置和/或方向精确地捕捉到，并进行处理，因而可以以更高的精确度更容易、更快速地实施对标本的指定处理。
图2是根据本发明实施例，控制标本移动装置的构造示意图。
图3是根据本发明实施例，控制标本移动装置的处理器的构造示意图。
图4显示根据本发明实施例，控制标本移动装置的振动装置驱动电路施加在振动装置上的电压波形的示意图。
图5根据本发明实施例，使用控制标本移动装置处理标本的方法流程图。
图6是根据本发明实施例，使用控制标本移动装置去除细胞内容物的方法的示意图。
首先，描述本实施例控制标本位置的原理。
图1显示振动器11(比如，探针部分11b)在介质30中振动的状态，浸入在介质30中的振动器11的顶端产生驻波振动V，比如垂直振动。本申请的发明人所进行的研究发现，当振动器11与具有至少一个波点(N1，N2)的驻波振动V一起振动时，会引起下列现象。
(I)介质30中的标本S，从振动器11的周边位置移向驻波振动V的波点(N1，N2)，并维持在波点(N1，N2)表面附近的位置。
应用上述特征，在本实施例中，振动器11产生一个具有至少一个波点(N1，N2)的驻波振动V，从而在波点(N1，N2)的表面附近位置捕捉浸在介质30中的标本S。这里，可以通过控制驻波振动V的振动模式的改变，来自由控制标本S被捕捉的位置，并通过控制驻波振动V的振动参数(比如，频率、振幅、周期频率)的改变，来控制标本S希望的路径或是移动速度。
本发明人还发现，当振动器11象上面描述的那样，在具有至少一个波点(N1，N2)的驻波振动V中振动时，可以观察到下述现象。
(II)在驻波振动V的波点(N1，N2)的表面附近位置捕捉到的标本S，在驻波振动V的作用下在这些位置上进行旋转。
应用上述特征，在本实施例中，在驻波振动V的波点(N1，N2)的表面附近位置捕捉到的标本S，在驻波振动V的作用下进行旋转。这样，可以通过控制驻波振动V的振动参数(比如，频率、振幅、周期频率)的改变，来控制标本S按照希望的旋转方向或是按照希望的旋转速度进行旋转。这样，可以按照希望来控制标本S的移动和/或方向。如图1所示，标本S在波点(N1，N2)附近以不同的方向进行旋转。
标本移动控制装置1可以根据前面提到的原理对标本S的移动进行自由控制，如图2所示，该装置1具有处理器10和控制单元20。如图3所示，处理器10具有振动器11；振动装置12，用来使振动器11进行振动；支撑部件13，用来支撑振动器11。振动器11依次具有振动器基座11a，比如，可以是具有振动装置12的金属管；探针部分11b，如玻璃管，其端部浸入在介质30中，这些部件都是由连接部分11c，比如杆构件连接起来。
探针部分11b在连接部分11c的位置上可拆开地连接到振动器底座11a上。多个探针部分11b可交换地连接到连接部分11c上。根据振动器11的形状或材料，振动器11的振动模式有所不同。因此，当振动器11构造成具有不同形状或材料的可拆卸的元件时(比如，探针部件11b)，根据标本S的特征(比如，标本S的尺寸、数量等)或是根据介质30的特征(比如，象粘度这样的参数)，可以在恰当的振动模式下控制标本S的移动。特别地，连接部分11c和探针部分11b相应于振动模式可变装置，上述振动模式可变装置是通过改变振动器11的元件(比如，探针部分11b)而实现的。该实施例的振动器11还具有另外元件(比如，探针部分11b)，可拆卸地与象振动器底座11a这样的元件连接，上述底座11a具有振动装置12。这样，能够在维持振动装置12固定在振动器11上的状态下，很容易地改变振动器11的形状，以及振动器11的振动模式。
振动装置12固定在振动器11上，比如，振动器底座11a。在该实施例中，振动装置12，可以是圆柱形压电陶瓷元件，具有相似的圆柱形探测元件12b，上述探测元件12b绕着圆柱形起振器12a固定，上述起振器12a绕着由金属管构成的振动器底座11a的外部牢固地固定。起振器12a和探测元件12b连接到振动装置驱动电路22上。
下面，详细描述控制单元20。控制单元20具有控制部分21，比如，可以是用来控制整个装置1的CPU；振动装置驱动电路22，比如，可以是脉冲发生器，用来驱动振动装置12；记忆部分23，比如，可以是RAM/ROM；输入部分24(比如，键盘24a，速度调整旋钮24b，移动/停止转换开关24c)；和输出部分25，比如可以是显示器。
控制部分21通过控制振动装置驱动电路22来控制振动装置12的振动，从而引起振动器11产生具有至少一个波点的驻波振动。特别地，控制部分21响应振动控制装置。尤其是，控制部分21通过控制脉冲电压(比如，象图4显示的脉冲电压)来控制振动装置12，上述脉冲电压是从振动装置驱动电路22(比如，脉冲发生器)施加到振动装置12上。
通过使用上面描述的结构，控制部分21能够改变施加的电压频率f(＝1/2(2πT)，T周期)。这一频率f基本上与振动器11的振动频率对应，因而振动器11的振动模式也改变了。换句话说，控制部分21对应于振动模式可变装置。频率f越高，波点的数量越多。控制部分21调整施加的电压振幅A，从而调整浸在介质30中的标本S的移动速度(比如，移动速度或旋转速度)。施加电压的振幅A越高(也就是，振动器11的振动具有较高的振幅)，标本S的移动速度也就越快。另外，控制部分21在间歇脉冲的作用下，周期性地转换施加的电压的开或关(也就是，间歇地产生振动器11的振动)，从而控制频率fp(＝1/2(2πTp)，Tp一个周期/停止，下文频率fp将被称为间歇频率fp)来周期性地转换间歇，以及振动周期和振动停止周期之间的比例(下文称为间歇负载比例)。间歇频率fp越高，移动速度或是旋转速度也就越快。另外，随着振动周期变长(这是由于间歇负载比例变高)，标本S的移动速度变快。换句话说，当施加在振动装置12上的电压具有如图4(b)所示的波形时，标本S要比如图4(a)所示的移动速度快。
记忆部分23对标本S的每一个处理状态(比如，要被处理的标本S或是要被处理的介质的种类、尺寸、数量)存储振动参数(振动器11[比如，探针部分11b]，振动频率，振幅或是间歇频率)。这样，控制部分21根据处理状态，读取合适的振动参数，快速、准确地控制振动器11的振动，进而控制标本S的移动。
输入部分24，比如键盘24a，输入并设定处理状态，振动参数，以及类似数据。根据通过输入部分24的输入，控制部分21控制装置1的每一部分。速度调整旋钮24b向控制部分21输入一个有关标本S移动速度或是旋转速度的命令。尤其是，控制部分21控制比如是间歇频率这样的参数，从而根据旋钮(24b)从空档位置NP转动的总数a来改变标本S的移动速度或是旋转速度。记忆部分23在空档位置NP存储间歇频率，当旋钮24b从空档位置NP开始按顺时针方向旋转时，控制部分21将间歇频率升高到一个更高的水平，从而提高标本S的移动速度，当旋钮24b以逆时针方向旋转时，控制部分21降低间歇频率，从而降低标本S的移动速度。移动/停止转换开关24c可以通过比如手动操作来转换标本S的移动或旋转的移动/停止。尤其是，上述开关24c可以构造成比如是按钮，当按压按钮时，振动器11振动，当不再按压按钮时，振动器11停止振动。换句话说控制部分21根据开关24c的输入操作控制振动器11的振动的运行或关闭。因此，操作者可以通过操作开关24c在希望的位置或方向停止标本S的移动。输出部分25，比如说是显示器，输出(比如显示)出处理状态或是振动参数。
下面，将描述使用根据本发明的标本移动控制装置对标本进行处理的步骤。图5是显示标本处理步骤的流程图。
首先，标本移动控制装置1置位(装置置位操作，步骤S1)。在上述步骤S1中，振动器11连接于标本移动控制装置1上，探针部分11b连接在连接部分11c上。由于振动器11和探针部分11b在这里连接，产生合适的振动模式将取决于所选择的标本S和介质30。
接着，将介质30倒入容器，标本S放入介质30中(将标本放入介质，步骤S2)。
显示器25可以显示存储在记忆部分23中过去的处理状态或是振动参数。比如，操作者可以从显示的结果中判断是否使用设定的存储状态(使用状态选择，步骤S3)，以及，当没有使用存储的设定状态时，通过比如键盘24a这样的输入部分24输入振动参数(振动参数输入，步骤S4)。当使用存储的设定条件时，控制部分21从记忆部分23得到设定状态的振动参数，上述记忆部分23根据从比如键盘24a这样的输入部分24的输入来设定上述振动参数。
接着，控制部分21使振动器11开始振动(振动开始，步骤S5)。比如，通过从显微镜中观察决定是否在希望的位置和/或方向捕捉标本S(判断在希望的位置和/或方向捕捉，步骤S6)，当没有在希望的位置和/或方向捕捉到标本S时，从比如键盘24a、速度调整旋钮24b或移动/停止转换开关24c这样的输入部分24输入命令，调整标本S的位置和/或方向(标本位置和/或方法调整，步骤S7)。尤其是，可以通过比如操作速度调整旋钮24b，来调整标本S的移动速度或旋转速度，通过操作移动/停止转换开关24c来控制标本S的移动/停止，从而调整标本S到希望的位置和/或方向。捕捉位置可以沿着振动器11的表面移动，或者可以通过从比如键盘24a来输入变化振动器11的振动频率命令改变振动器11周边介质的流动。
在希望的位置和/或方向上捕捉标本完成后，对标本S进行比如显微注射入细胞核这样的处理。在本实施例中，由于可以在适合处理的位置和方向捕捉标本S，可以在高精确度下很容易地、快速地实施处理。比如，当显微注射使用的标本S是卵细胞时，控制振动器11的振动从而调整卵细胞的方向，使卵细胞的细胞核朝向注射器。
标本移动控制装置1的电源关闭之前，控制部分21在存储部分23中存储用于控制标本的位置和/或方向的振动参数(控制状态存储，步骤S9)。这样，当下一处理在相同的状态下实施时(比如，用过的标本或介质30)，可以使用存储的数据更快速、更精确地控制标本S的位置和/或方向。
下面，描述使用标本移动控制装置1除去作为标本的细胞的内容物的步骤。图6是显示使用这种方法处理细胞的示意图。
首先，实施上面描述的步骤S1至S7，从而在希望的位置和方向捕捉具有内容物的标本，比如说一个细胞50(图6(a))。接着，针60刺入细胞，比如标本的细胞膜51，形成孔52(细胞膜开口步骤；图6(b))。根据从输入部分21输入的命令，细胞50进行旋转(细胞旋转步骤；图6(c))。当细胞50旋转后，细胞50的内容物53在离心力的作用下，通过孔52从细胞50内释放出来进入介质30。通过上述步骤，比如象细胞膜51这样的外壳，其内容物53已被除去，可以很容易、快速地被得到(图6(d))。细胞的旋转速度取决于处理状况(比如，细胞50的形状、大小以及数量，内容物(比如细胞核)的大小或是内容物的粘性)，恰当地设置细胞的旋转速度可以更快速、更准确地除去内容物53。
本发明不限于上面描述的实施例。比如，一个机械装置，其一个元件与振动器接触，并能改变接触位置，这样的装置构成振动模式可变装置。通过构造成上面描述的模式，可以实现控制振动器的振动模式可变。标本移动控制装置还可以配置图形摄取部分，用于拍摄标本图像，并配置位置/方向判断部分，用于根据图形摄取部分拍摄的图像，判断是否在希望的位置或方向捕捉到标本，并根据事先决定的位置/方向实施自动控制标本至希望的位置/方向。
工业适用性由上面的描述，根据本发明标本移动控制装置、方法、以及处理标本的方法，生物领域中，通过将振动器放置在介质中，产生具有至少一个波点的驻波振动，可以自由地控制标本的移动，因而，比如，一个很小的象细胞这样的标本可以在高精确度下，容易、快速地处理。
权利要求
1.一种用于控制标本移动的装置，包括振动器，用于在介质中振动；振动装置，用于引起振动器的振动；振动控制装置，用于控制振动装置使振动器产生具有至少一个波点的驻波振动。
2.根据权利要求1所述的控制标本移动的装置，还包括；振动模式变化装置，用于改变振动器的振动模式。
3.根据权利要求1所述的控制标本移动的装置，其中所述的振动控制装置引起振动器间歇振动。
4.一种控制标本移动的方法，包括将标本浸入介质的步骤；引起放置在介质中的振动器产生具有至少一个波点的驻波振动，从而在振动器表面附近，驻波振动的波点捕捉标本的步骤。
5.一种控制标本移动的方法，包括将标本置于介质的步骤；引起放置在介质中的振动器产生具有至少一个波点的驻波振动，从而在振动器表面附近，驻波振动的波点捕捉标本的步骤；对被捕捉的标本进行指定的处理的步骤。
全文摘要
一种装置，用于控制标本移动，从而处理标本，比如细胞这样的标本，这种装置能以高精确度更容易、更快速地控制标本。振动器(11)能产生具有至少一个波点(N1，N2)的驻波振动(V)。可以在波点(N1，N2)的表面附近位置捕捉介质(30)中的标本，接着在这一位置对其进行翻转。通过对驻波振动(V)振动模式的可变控制，标本(S)的捕捉位置跟着改变，通过对驻波振动(V)的振动参数(比如，频率、振幅、间歇频率)的可变控制，可以控制希望的标本(S)的移动路线、移动速度、旋转速度。
文档编号B01L99/00GK1444645SQ01807174
公开日2003年9月24日 申请日期2001年3月28日 优先权日2000年3月28日
发明者尾股定夫 申请人:学校法人日本大学