卵細胞操作用自動マイクロマニピュレーションシステムの開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350065
• Research Institution: Ibaraki University
• Principal Investigator: 江田 弘 茨城大学, 工学部, 教授 (60007995)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 太田 一史 茨城大学, 理工学研究科・SVBL, 非常勤研究員 ; 清水 淳 茨城大学, 工学部, 助手 (40292479) ; 周 立波 茨城大学, 工学部, 助教授 (90235705) ; 石川 友彦 茨城県工業技術センター, 技術交流室, 主任研究員(研究職) ; 川上 辰男 三友製作所, 設計部, 研究職
• Keywords: マイクロマニピュレーション / 自動化 / 細胞操作 / 画素座標 / クローン技術

Research Abstract

医学や畜産などの分野においてクローン技術等の細胞に対する顕微鏡下でのマニピュレーションが急速に増加している。しかしながら、これらの操作は手動で行われており、卵細胞に対する操作は熟練を必要とする。さらに、長時間の操作は疲労を伴うことから、細胞操作自体を自動で行なえるマニピュレーションシステムの開発が強く望まれている。我々は操作者の命令に従い必要な操作を自動的に行なえるマニピュレーションシステムの開発を目指している。本年度は、ハードウエアの開発と、画像情報を基にして機械的誤差を排除した正確なマイクロマニピュレーション操作を可能したシステムの開発を行なった。
本システムは動作機構部、コントローラ、マン-マシンインターフェイスの三つのモジュールから構成されている。マニピュレーションユニットは倒立顕微鏡に備え付けられたXYZの自由度を持つ双腕マニピュレータからなる。このマニピュレーションユニットはコントローラによって制御されており、画像情報及び力覚情報はマン-マシンインターフェイスを返して操作者に伝えられる。操作者は、コントロール画面を見ながらマウスによって操作を行なう。目的の試料を操作者が教示すると、コントロールモジュールは複数の試料を自動検索して、その位置情報を操作者が確認できる。その後、予め指定した基本細胞操作を複数の細胞に対して順次自動的に行なう。
マニピュレータはアライメント、ヒステリシス、ドリフトなどの機械的誤差を含んでいる。したがって、機械的な機構のみでマイクロメートルオーダの微細作業を行なうことは難しい。我々は、顕微鏡下の画像をCCDカメラでモニターしてこの画像情報を基に、画素単位でマニピュレータの移動制御を行なった。この結果、10-100mmの範囲で機械的誤差を除去して微細なマニピュレーションが可能となった。さらに、マニピュレータの機械座標系を画素座標系に移すことで複数のマニピュレータによる協調作業がスムーズに行なえた。

Research Products

• [Publications] L.Zhou: "Three Dimensional Kinematical Analyses for Surface Grinding of Large Scale Substrate"Precision Engineering. (accepted).
• [Publications] L.Zhou: "Material Removal Mechanism Beyond Plastic Wave Propagation Rate"Precision Engineering. (accepted).
• [Publications] 谷山久法: "金属粒子適用マイクロファブリケーションの基礎的研究-第1報:鋼の微小引っかきに及ぼす第2相合金の影響-"砥粒加工学会誌. (accepted).
• [Publications] H.Taniyama: "Experimental Investigation of Micro Scratching on Two Phases Alloy Steel-Plastic Flow Mechanism of Ferrite and Cementite"Key Engineering Materials. 238-239. (2003)
• [Publications] L.Zhou: "Development of Multifunctional Micro-Machining System and Application"Key Engineering Materials. 238-239. 3-8 (2003)
• [Publications] K.Ohta: "Synthesis and characterization of c-axis oriented apatite aggregates"Key Engineering Materials. 240-242. 517-520 (2003)
• [Publications] 江田 弘: "大重量主軸台の原子レベル超磁歪位置決め/アライメントシステムの開発-φ300mmSiウエハ超加工機械の中核技術-"精密工学会誌. 69. 100-104 (2003)
• [Publications] J.Shimizu: "Molecular Dynamics Simulation of The Contact Process in AFM Surface Observations"Tribotest Journal. 9・2. 101-115 (2002)
• [Publications] 周 立波: "SiウエハのChemo-Mechanical-Grinding(CMG)に関する研究-第1報:CMG砥石の開発-"精密工学会誌. 69・12. 1559-1563 (2002)
• [Publications] L.Zhou: "State-of-the-art Technologies and Kinematical Analysis for One-Stop Finishing of φ300mm Si Wafer"Journal of Materials Processing Technology. 129・1-3. 34-40 (2002)
• [Publications] J.Shimizu: "Simulation and Experimental Analysis of Super High-Speed Grinding of Ductile Material"Journal of Materials Processing Technology. 129・1-3. 19-24 (2002)
• [Publications] 周 立波: "熱・電・磁場附加による工具機能の改善に関する研究"砥粒加工学会誌. 46・10. 507-510 (2002)
• [Publications] 周 立波: "大口径シリコンウエハ研削加工における幾何と運動"精密工学会誌. 68・1. 125-129 (2002)
• [Publications] K.Ohta: "Synthesis of c axes oriented hydroxyapatite aggregate"Chemistry Letter. 9. 894-895 (2002)
• [Publications] K.Ohta: "Interaction between hydroxyapatite and proteins by liquid chromatography using simulated body fluids as eluents"Journal of Material Science : Materials in Medicine. 13・7. 633-637 (2002)
• [Publications] 江田 弘: "ものづくり機械の原理"日刊工業新聞社出版. 1-184 (2002)
• [Publications] 江田 弘: "(財)機械振興協会技術研究所"加工技術データファイアル(基礎編) 研削研磨加工. 59-64 (2002)
• [Publications] H.Eda, L.Zhou: "Encyclopedia of Smart Materials"John Wiley & Sons Inc.. 503-519 (2002)