分注装置及び分注方法
【課題】 液体を吸引して、その液体の吐出量を高精度かつ高再現性で実現することができる分注装置を提供する。
【解決手段】 ピストン３０を備えたシリンダ３２の先端にノズル１４，１６を備え、ピストン３２を操作して、シリンダ３２中の伝達媒体４５を介してノズル１４内に液体４６を吸引可能な分注ヘッド本体２０と、内部が加圧され伝達媒体を貯留するバッファタンク２５と、バッファタンク２５とシリンダ内を連通させ、バッファタンク内の圧力によって伝達媒体４５をシリンダ内に供給する供給管３５ａ，３５ｂとその間に配置されたバルブ２６と、バルブに駆動パルスを供給するバルブ駆動部９３とを備え、前記バルブが開放している間に供給管３５ａ，３５ｂを通じてシリンダ内に供給された伝達媒体の量と略等しい液体をノズルから吐出する。
【解決手段】 ピストン３０を備えたシリンダ３２の先端にノズル１４，１６を備え、ピストン３２を操作して、シリンダ３２中の伝達媒体４５を介してノズル１４内に液体４６を吸引可能な分注ヘッド本体２０と、内部が加圧され伝達媒体を貯留するバッファタンク２５と、バッファタンク２５とシリンダ内を連通させ、バッファタンク内の圧力によって伝達媒体４５をシリンダ内に供給する供給管３５ａ，３５ｂとその間に配置されたバルブ２６と、バルブに駆動パルスを供給するバルブ駆動部９３とを備え、前記バルブが開放している間に供給管３５ａ，３５ｂを通じてシリンダ内に供給された伝達媒体の量と略等しい液体をノズルから吐出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生化学分野等で、分析の対象となる試料・検体等を含んだ液体や試薬などの液体を吸引した後分注する場合に用いられる空中吐出式分注装置、特に、ノズルを試験容器に対して空中に保持した状態でノズル内の液体の吐出をする分注装置及び分注方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生化学分野等における分析装置において、検体や試薬等の被分注液を専用試験容器であるマイクロプレートに小分けして移注する分注操作が用いられる。この分注操作に用いられる分注装置として、空気を吸引・吐出するノズルの下端部に吐出部や分注ティップを装着し、所定量の空気を吸引することにより、吐出部や分注ティップの先端より被分注液を吸引しまた吐出する方式のものが広く用いられている。
【０００３】
近年、検体や試薬等の分析効率を向上させるため、１回の操作で多くの分注操作を行うことができるようにマイクロプレートに形成する小孔（ウェル）の数量が増加しており、そのため小孔１個あたりの容量が小さくなっている。従って分注装置から吐出すべき被分注液の量も、微量化していく必要が生じている。
【０００４】
従来、被分注液の分注を行う技術としては、例えば、特開平１０−９６７３５号公報（特許文献１）や、特開２００１−２２８０６０号公報（特許文献２）に、開示されているように、シリンダの中にピストンを設け、当該ピストンをひくことによって被分注液を吸入すると共に、当該ピストンを押すことによってシリンダの中に吸入された被分注液を分注させる機構を有する分注装置が開示されている。
【０００５】
また、特開２００３−３５７１６号公報（特許文献３）には、試薬を貯留したノズルを下降させ、その後急激に減速又は停止させて、内部に貯留された被分注液に働く慣性力により、微量の被分注液を吐出することができるように構成されたものが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−９６７３５号公報
【特許文献２】特開２００１−２２８０６０号公報
【特許文献３】特開２００３−３５７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、被分注液の吐出量をピストンによって制御することは、微小なピストンの動きを制御する必要があり、特に微小な吐出量が求められる場合、被分注液の吐出量の制御を高精度で行うことが困難である。また、ピストンの動きにより微小な吐出量を実現しようとすると、ピストン自体の構成を微小にする必要があり、当該ピストンによって画定されるシリンダ内の容積を小さくすることが必要となる。シリンダの容積を小さくすると、シリンダ内に貯留できる被分注液の体積が少なくなるので、例えば、多数のウェルを有するマイクロプレートのすべてに吐出するだけの被分注液を貯留しきれなくなるという問題が生じる。
【０００８】
さらに、特許文献３に開示されているような方法は、シリンダを移動させると共に急激に停止、減速させるための機構が必要となるため、装置の構成が複雑になるという問題がある。
【０００９】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、液体を吸引して、その液体の吐出量を高精度かつ高再現性で実現することができる分注装置及び分注方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の分注装置を提供する。
【００１１】
本発明の第１態様によれば、ピストンを備えたシリンダの先端にノズルを備え、前記ピストンを操作して前記シリンダ中に貯留された液状の伝達媒体を介して前記ノズル内に液体を吸引可能な分注ヘッド本体と、
内部が加圧され、前記シリンダ本体に供給される前記伝達媒体を貯留するバッファタンクと、
前記バッファタンクと前記分注ヘッド本体のシリンダを連通させ、前記バッファタンク内の圧力によって前記伝達媒体を前記シリンダ内に供給する供給管と、
前記供給管の途中に設けられ、前記供給管を閉じて前記伝達媒体の供給を停止すると共に駆動パルスを受けて前記供給管を開放可能に構成されたバルブと、
前記バルブに前記駆動パルスを供給するバルブ駆動部とを備えたことを特徴とする分注装置を提供する。
【００１２】
本発明の第２態様によれば、液状の伝達媒体は、水またはオイルであることを特徴とする、第１態様の分注装置を提供する。
【００１３】
本発明の第３態様によれば、前記バッファタンクは、空圧源から送られた圧縮空気によって内部が一定圧力に加圧されることを特徴とする、第２態様の分注装置を提供する。
【００１４】
本発明の第４態様によれば、前記バルブ駆動部は、矩形波状の駆動パルスを前記バルブに供給するように構成され、前記矩形波状の駆動パルスのデューティー比を変更可能に構成されていることを特徴とする、第１から第３態様のいずれか１つの分注装置を提供する。
【００１５】
本発明の第５態様によれば、前記バルブ駆動部は、１つの駆動パルスによって所望の吐出量よりも少ない量の前記液体を吐出する開放時間を有するような前記駆動パルスを前記バルブに供給するように構成され、前記所望の吐出量となるように複数の駆動パルスを前記バルブに印加することを特徴とする、第４態様の分注装置を提供する。
【００１６】
本発明の第６態様によれば、前記分注ヘッド本体と、前記バッファタンクと、前記供給管と、前記バルブとで分注ヘッドを構成し、
さらに、前記液体が収容された液体収容容器が載置される液体収容部と、
前記吸引された液体の分注作業が行われる前記容器が載置される分注容器載置部と、
前記液体収容部と上記分注容器載置部とに位置決め可能に前記分注ヘッドの移動を行うヘッド移動装置とを備えることを特徴とする第１から第５態様のいずれか１つの分注装置を提供する。
【００１７】
本発明の第７態様によれば、シリンダの先端にノズルを備え、前記シリンダ中に液状の伝達媒体を貯留した状態で前記ノズル内に液体を吸引可能な分注ヘッド本体と、
内部が加圧され、前記分注ヘッド本体に供給される前記伝達媒体を貯留するバッファタンクと、
前記バッファタンクと前記分注ヘッド本体のシリンダを連通させ、開閉可能に構成された供給管とを備えた分注装置を用いて前記ノズル内に吸引された液体を分注する分注方法であって、
前記供給管を閉じた状態として前記バッファタンク内の伝達媒体の前記シリンダ内への供給を停止させ、
前記ピストンを駆動して前記ノズルの先端より液体を吸引して、前記液体をノズル内に貯留し、
前記供給管を開放して前記バッファタンク内の伝達媒体を前記シリンダ内へ供給し、
前記供給された伝達媒体によって前記シリンダ内の伝達媒体の体積が増加することによって、前記ノズル内の液体を吐出することを特徴とする、分注方法を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第１態様及び第７態様において、バルブが閉じている間は、供給管が閉じているので、伝達媒体が供給管を通したシリンダへの供給が停止される。一方、バルブが開放している間は、バッファタンクに貯留された伝達媒体がバッファタンク内の圧力により供給管を介してシリンダに送られる。そして、シリンダの先端のノズルに吸引された液体はシリンダに送られた伝達媒体の体積分だけ吐出される。したがって、バルブの開閉を制御することで、シリンダに送られる伝達媒体の量を制御することができ、ノズルから飛翔する液体の量を制御することができる。また、バルブの開閉は、駆動パルスにより簡単に切り替えることができ、バルブ開閉の制御を容易にすることができる。したがって、バルブの開放時間によって決定する伝達媒体の供給量によって、液体の吐出量を決定することができるため、ピストンの押し出し量により液体の吐出量を制御する場合に比較して、液体の吐出量を高精度かつ高再現性で実現することができる。
【００１９】
本発明の第２態様によれば、伝達媒体が液体であるため、圧力による体積変化の割合がきわめて小さく、また、バルブの開放時間による液体吐出力の伝達が早くなるので、微小な吐出量の調整を簡単にすることができる。また、気泡が弾性体となって液滴の飛翔分注ができないという問題を解消することができる。
【００２０】
本発明の第３態様によれば、バッファタンク内を一定圧力に加圧しているため、バルブの開放による伝達媒体の給送量をほぼ一定量にすることができ、液体の吐出量を高精度に制御することができる。また、加圧手段として圧縮空気を用いているため、バッファタンク内を加圧するための構成を簡単にすることができる。
【００２１】
本発明の第４態様によれば、矩形波状の駆動パルスのデューティー比を変更することにより、駆動パルス１つ当たりの液体の吐出量を調整することができ、液体の吐出量をより細かく制御することができる。
【００２２】
本発明の第５態様によれば、１回の駆動パルスにより微小な液体の吐出量とし、所望の吐出量とするために駆動パルスを複数印加することにより、細かな吐出量の制御を行うことができる。
【００２３】
本発明の第６態様によれば、ヘッド移動部により、液体収容部と分注容器載置部との間を分注ヘッドを自由に移動させながら分注操作を行うことができるので、液体の吸引、分注の一連の操作を自動で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態に係る分注装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
本発明の一の実施形態にかかる分注装置の全体構成を模式的に示す模式構成図を図１に示す。図１に示すように、分注装置１０１は、剛体部材により形成された基台であるベースステージ３を備えており、このベースステージ３上には、ティップ装着ステージＳ１、液体収容ステージＳ２、及びプレート載置ステージＳ３とが設けられている。また、分注装置１０１は、分注処理を行うための単一のノズル部１６を備えた分注ヘッド装置１０と、この分注ヘッド装置１０の図示Ｘ軸方向又はＹ軸方向への移動を行うＸＹロボット１２（ヘッド移動装置の一例である）とを備えている。分注ヘッド装置１０１は、ＸＹロボット１２によりこの上記それぞれのステージＳ１〜Ｓ３を移動し、ノズル部１６の下端部に着脱自在に装着されたティップ１４によって、試薬等である液体を吸入して容器に吐出する分注処理を行う。なお、上記Ｘ軸方向とＹ軸方向とは、ベースステージ３の大略表面沿いの方向であって、互いに直交する方向である。
【００２６】
また、図１に示すように、ベースステージ３上のティップ装着ステージＳ１には、未使用の複数のティップ１４を整列配列させた状態で収容するティップ収容容器６が載置されている。液体収容ステージＳ２には、上記試薬としての液体が収容された液体収容容器５が例えば３台載置されている。なお、このような液体収容容器５はその内部に収容される液体の温度を調整する（例えば所定の温度に保つ）温度調節機能を備えるような場合であってもよい。プレート載置ステージＳ３には、分注対象である液体が分注により所定量だけ供給される多数のウェルが形成されたマイクロプレート４（あるいはマイクロタイタープレート４という場合であってもよい）が複数、例えば、２枚載置されている。さらに、ベースステージ３上には、ティップ１４内に残留する不要な液体や液状の伝達媒体を廃棄する液体廃棄部７が配置されている。
【００２７】
次に、図２の模式説明図を用いて、ティップ１４及びマイクロプレート４について説明する。ティップ１４は液体を吸入又は吐出可能な貫通孔を有する先細りのテーパ状のノズル状部品であり、使用の都度交換されるいわゆる使い捨て部品である。ティップ１４は、分注ヘッド装置１０が備えるシリンダのノズル部１６の先端に交換自在に装着されて液体の吐出などを行うノズルとして機能する。
【００２８】
図２（Ａ）に示すように、分注ヘッド装置１０のノズル部１６には、ティップ１４が装着される。なお、図２においては、図面の理解を容易なものとすることを目的として、マイクロプレート４のウェル４ａの個数を省略している。
【００２９】
分注ヘッド装置１０は、これらのティップ１４の先端部を、図２（Ａ）に示すマイクロプレート４に格子状に設けられた凹部であるウェル４ａ内に下降させて液体を吸入し、あるいは、液体収容容器５内に下降させて収容されている液体を吸入し、上記マイクロプレート４とは異なるマイクロプレート４のウェル４ａにそれぞれのティップ１４に吸入した液体を吐出する。これにより分注ヘッド装置１０は、異なるマイクロプレート４間で液体の移し替えや、マイクロプレート４への液体の供給等の分注処理を行うことができる。
【００３０】
また、図２（Ｂ）に示すように、未使用のそれぞれのティップ１４は、格子状の配列を有するティップ収容容器６内に収容されており、ティップ収容容器６の上方に分注ヘッド装置１０を移動させたあと下降させることにより、それぞれのティップ１４を分注ヘッド装置１０のノズル部１６に自動的に装着することが可能となっている。
【００３１】
次に、分注装置１０１が備える分注ヘッド装置１０の模式図を図３に示して、分注ヘッド装置１０の構成について詳細に説明する。
【００３２】
図３に示すように、分注ヘッド装置１０は、ノズル部１６等を備えて分注処理を行うヘッド本体ユニット２０と、このヘッド本体ユニット２０を昇降させる昇降装置２２と、伝達媒体が貯留されたバッファタンク２５と、バッファタンクとシリンダとを連通させる供給管３５ａ，３５ｂと、供給管３５ａと供給管３５ｂの間（供給管路の途中）に設けられたプランジャバルブ２６と、を備えている。供給管３５ａと供給管３５ｂはプランジャバルブにより接続され、１つの供給管路を構成する。なお、ヘッド本体ユニット２０は、昇降装置２２を介して、ＸＹロボット１２に支持されている。昇降装置２２は、昇降方向に配置されるとともにヘッド本体ユニット２０を昇降可能に支持するボールねじ軸２３と、ボールねじ軸２３に連結されボールネジ軸２３を回転駆動させる昇降駆動モータ２７とを備えている。また、ボールねじ軸２３は、ヘッド本体ユニット２０のフレーム２８に装着されたナット部２４に螺合されている。昇降装置２２がこのような構成を有していることにより、昇降駆動モータ２７を正逆いずれかの方向に駆動させることにより、ボールねじ軸２３に螺合されているナット部２４を当該ボールねじ軸２３に沿って上方又は下方に移動させることで、フレーム２８を介してヘッド本体ユニット２０を上昇又は下降させることができる。
【００３３】
また、図３に示すように、ヘッド本体ユニット２０は、昇降装置２２により昇降可能に支持されているフレーム２８と、このフレーム２８に支持されたシリンダブロック２９と、このシリンダブロック２９に設けられたシリンダ３２内に一方の端部（図示下端部）が挿入されたピストン３０と、ピストン３０の他方の端部（図示上端部）に結合されたナット部３１と、このナット部３１を上下動させることで、シリンダ３２内に挿入配置されたピストン３０をシリンダ３２の内壁に沿いながら一体的に上下動させるピストン駆動装置４０とを備えている。
【００３４】
また、シリンダブロック２９の下方には、ノズル部１６が設けられており、上述のようにノズル部１６には、シリンダ３２の先端にティップ１４が脱着可能に装着される。なお、フレーム２８にはピストン駆動装置４０が支持されており、ナット部３１、それぞれのピストン３０、及びシリンダブロック２９は、ピストン駆動装置４０を介してフレーム２８に支持されている。
【００３５】
また、フレーム２８に装備されたピストン駆動装置４０は、昇降方向に配置されるとともに、ナット部３１を昇降可能に支持するボールねじ軸３３と、ボールねじ軸３３を回転駆動させるピストン駆動用モータ３７とを備えている。
【００３６】
また、ボールねじ軸３３はピストン３０に結合されたナット部３１と螺合している。ピストン駆動装置４０がこのような構成を有していることにより、ピストン駆動用モータ３７を正逆いずれかの方向に回転駆動させることで、ボールねじ軸３３を正逆いずれかの方向に回転駆動させて、このボールねじ軸３３に螺合されているナット部３３ａをボールねじ軸３３の軸方向に沿って上昇又は下降させることができる。その結果、ナット部３１を上昇又は下降させることができ、シリンダ３２内に挿入配置されたピストン３０をシリンダ内壁に沿って上昇又は下降させることが可能となっている。
【００３７】
バッファタンク２５は、シリンダ３２内に吸入される伝達媒体４５を貯留する密閉容器である。伝達媒体としては、水または、シリコンオイルなどのオイルを使用する。バッファタンク２５の容量としては、シリンダ３２内に充填できる程度の量の伝達媒体４５を貯留できる程度であればよく、例えば、２ｍｌ〜１５ｍｌ程度とすることができる。バッファタンク内は、管路３６によって空圧源５２と連通しており、空圧源から送られる圧縮空気により例えば１００ＫＰａ程度に加圧されている。後述するように、バッファタンク２５内の圧力は、貯留されている伝達媒体を給送するための推進力となるため、バッファタンク内の圧力を調整することにより、伝達媒体の給送量、すなわち、駆動パルス１つ当たりの液体の吐出量を調整することができる。レギュレータ５１は、空圧源５２から送られてくる圧縮空気の圧力を調整してバッファタンク２５内部の圧力を調整する。元栓５０は、空気送り管路３６を開閉する。
【００３８】
供給管３５a，３５ｂは、バッファタンク２５とシリンダ３２の伝達媒体取込口３２ａとを接続し、シリンダ３２とバッファタンク２５を連通する。したがって、バッファタンク２５内に貯留されている伝達媒体４５は、供給管３５ａ，３５ｂを通してシリンダ３２に給送される。本実施の形態では供給管３５ａ，３５ｂとが、バッファタンク２５と前記分注ヘッド本体のシリンダ３２を連通する供給管路を構成する。シリンダ３２の伝達媒体取込口３２ａは、ピストン３０の動きに影響されないように、ノズル部１６の近傍に設けられていることが好ましい。
【００３９】
供給管３５ａと供給管３５ｂの間には、プランジャバルブ２６が設けられている。本実施の形態ではプランジャバルブ２６が、供給管路を閉じて伝達媒体の供給を停止すると共に駆動パルスを受けて前記供給管路を開放可能に構成されたバルブとなっている。通常時において、プランジャバルブは供給管路を閉じている。プランジャバルブ２６は、バルブ駆動部９３から供給される駆動パルスを受けて開放状態と閉鎖状態とを切り替え可能に構成されている。上述のように、バッファタンク２５内は、大気圧に比較して高圧に構成されているため、プランジャバルブ２６が開放状態にあるときは、バッファタンク２５内の伝達媒体４５は、供給管３５ａ，３５ｂを介してシリンダ３２へ送られ、プランジャバルブ２６が閉鎖状態にあるときは、プランジャバルブ２６よりも下流側に位置する供給管３５ｂには、バッファタンク内の圧力は伝達されないため、伝達媒体の供給が停止される。
【００４０】
図４は、プランジャバルブの構成を示す模式図である。すなわち、プランジャバルブ２６の本体６５は、供給管３５ａ，３５ｂにそれぞれ接続する接続口７０，７１を連通する腔部６６が設けられており、当該腔部６６内にプランジャシール６７がスプリング６９によって下側に付勢された状態で移動可能に配置されている。プランジャシール６７は、その軸６７ａに永久磁石７３を有しており、下端にパッキン６８が設けられている。通常時においては、プランジャシール６７はスプリング６９によって下向きに付勢され、パッキン６８が接続口７１を閉鎖するため、接続口７０，７１は連通しない。
【００４１】
また、プランジャシール６７の永久磁石７３の周りには、コイル７２が設けられている。コイル７２には、バルブ駆動部９３により図５に示す矩形波状の駆動パルスが印可され、駆動パルスがＨの状態においては、コイル７２が帯磁する。コイル７２の帯磁により永久磁石７３が作動して、プランジャシール６７が上向きに移動し、プランジャシール６７のパッキン６８が接続口７１から離れ、接続口７０と接続口７１とを連通する。
【００４２】
プランジャバルブ２６への駆動パルスを供給するバルブ駆動部９３は、例えば、図５に示すような制御部６０の制御を受けて矩形波状の駆動パルスを発生可能に構成されている。また、バルブ駆動部９３は、矩形波状の駆動パルスの一周期Ａ、及び矩形波状の駆動パルスの一周期Ａ中において、Ｈが占める時間Ｂの比であるデューティー比を変更可能に構成されており、プランジャバルブ２６の開放時間を調整することができる。例えば、駆動パルスの周期Ａ及びデューティー比を調整することにより、駆動パルス１つ当たりの液体の吐出量を調整することができる。なお、周波数は、例えば、１０Hz〜１KHｚ程度とすることができ、また、１パルス当たりの吐出量は矩形波の形状などによって調整可能であるが、最小で０．０５μｌ程度となるようにすることができる。なお、駆動パルス１つ当たりの液体の吐出量は、駆動パルスの周波数とデューティー比すなわち、プランジャバルブが開放している時間のみによって変化するものではなく、上述のように、バッファタンク２５内の圧力、ノズル（ティップ）径などを調整することによって、所望の吐出量に調整することができる。
【００４３】
次に、分注装置１０１における制御系の構成について説明する。分注装置１０１は、その分注処理の動作の制御を行う分注装置制御システム９０を備えている。この分注装置制御システム９０の構成を示す制御ブロック図を図６に示す。なお、図６に示す制御ブロック図においては、その主要な制御構成についてのみ示している。
【００４４】
図６に示すように、分注装置制御システム９０は、システム全体の各ブロックについて統括的な制御を行う制御部９１と当該制御部９１に格納されている分注動作に関するプログラムである分注動作プログラム９２を備える。制御部は、ＸＹロボット１２による分注ヘッド装置１０のＸＹ移動の動作制御を行うＸＹロボット駆動部９６と、分注ヘッド装置１０の昇降駆動モータの昇降動作制御を行う昇降モータ駆動部９５と、分注ヘッド装置１０のピストン駆動用モータ３７の駆動制御を行うポンプ駆動部９４と、分注ヘッド装置１０のプランジャバルブ２６に駆動パルスを印加するバルブ駆動部９３とを備える。
【００４５】
ＸＹロボット駆動部９６は、ＸＹロボット１２による分注ヘッド装置１０のＸ軸方向又はＹ軸方向の移動動作の制御を行うことにより、分注ヘッド装置１０を各ステージＳ１〜Ｓ３へ位置決めするための動作制御を行う。昇降モータ駆動部９５は、昇降装置２２によるヘッド本体ユニット２０の昇降動作の制御を行う。また、ポンプ駆動部９４は、ピストン駆動装置４０によるピストン３０の昇降動作の制御を行う。バルブ駆動部９３は、プランジャバルブ２６に駆動パルスを印可してその開閉を切り替え、バッファタンク２５からシリンダ３２に伝達媒体を供給する量及びタイミングを制御する。
【００４６】
また、分注装置制御システム９０には、ユーザにより設定される制御条件や操作指令を制御部へ入力する入力部９７が設けられている。入力部９７を通して入力される制御条件としては、例えば、分注ヘッド装置１０が装備するノズル部１６における液体の吸入量あるいは吐出量のデータが例示できる。特に、このような分注処理においては、微少量の液体の吸入及び吐出を正確に行う必要があるとともに、取り扱われる液体の種類に応じて適切な条件を設定する必要がある。このように入力部９７を通じて設定される液体の吸入・吐出量のデータは、制御部９１において、シリンダ３２内におけるピストン３０の移動距離、すなわちピストンストロークのデータに変換して、伝達媒体及び液体の吸入量を設定量とすると共に、プランジャバルブの開放の時間、回数を設定量として、上記設定された液体の吸入・吐出量に応じた制御を行うことができる。
【００４７】
次に、本実施形態にかかる分注装置の分注方法について図７に示すフローチャートに基づいて以下に説明する。
【００４８】
まず、ＸＹロボットを操作して、分注ヘッド装置１０を液体廃棄部７の上方まで移動させる。その後、ピストン３０を固定した状態でバルブ駆動部９３を駆動させてプランジャバルブ２６を所定時間開放し、伝達媒体をバッファタンク２６から送ってノズルであるティップ１４の先端から液体廃棄部７へ少量吐出する（＃１）。これによりティップ１４の内部は、気泡が除去されて伝達媒体４５で完全に満たされた状態となる。
【００４９】
まず、図示しない入力部としての操作スイッチなどを操作し、分注作業を開始する要求を制御部９０が受けると、液体をティップ１４内に吸引して分注操作を開始する。（＃２）。この処理においては、まず、図８Ａに示すように、ＸＹロボット１２を動作させて、液体４６が貯留された液体収容容器５の上方へ分注ヘッド装置を移動させる。その後、図８Ｂに示すように、昇降モータ２７を駆動させて液体４６にティップ１４の先端が接触するように、ヘッド本体ユニット２０を下降させる。その後、図８Ｃに示すように、ポンプ駆動部９４がピストン駆動用モータ３７を動作させてピストン３０をさらに引き上げ、ティップ１４内に液体４６を充填させる。このとき、ピストンの上昇速度が大きいと、ティップ１４内に気泡が混入するため、ピストンの上昇速度は小さくしておくことが望ましい。
【００５０】
ティップ１４内に液体４６の充填が完了すると、昇降モータ２７を駆動させてヘッド本体ユニット２０を上昇させる。
【００５１】
次に、制御部９０は、図９Ａに示すように、分注のためにＸＹロボット１２を動作させて、分注したいマイクロプレート４のウェル４ａの上方へ分注ヘッド装置１０を移動させる（＃３）。次いで、マイクロプレート４のウェル４ａの底壁とティップ１４の先端とが接触しないように、昇降モータ２７を駆動させ、ヘッド本体ユニット２０を下降させる。
【００５２】
次に、図９Ｂに示すように、制御部９０は、バルブ駆動部９３を動作させて、プランジャバルブ２６に駆動パルスを印加する（＃４）。駆動パルスの印加により、プランジャバルブ２６は開放状態となり、バッファタンク内の圧力によって伝達媒体４５が供給管３５ａ，３５ｂを通ってシリンダ３２内に移動する。移動した伝達媒体４５の体積分の液体４６ａがシリンダ３２から吐出され、ティップ１４の先端から飛翔してマイクロプレート４のウェル４ａに注入される。なお、プランジャバルブ２６に駆動パルスを複数回印加して所望の吐出量だけ液体を吐出すようにしてもよい。
【００５３】
以下、他のウェル４ａに対して上記の分注動作を繰り返し行い、マイクロプレート４の全てのウェル４ａに分注を完了したならば（＃５）、ティップ１４内に残っている液体４６と伝達媒体４５を廃棄し、分注作用を終了する。なお、全てのウェル４ａに対して分注が完了する前にティップ１４内の液体が少なくなる場合は、＃２の試料吸引へ戻り、残りのウェルに対する分注操作を続行する。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態にかかる分注装置によれば、バッファタンク内に貯留されている伝達媒体がシリンダに送られることで液体が吐出されるため、伝達媒体の供給量を制御することにより液体の吐出量を簡単な構成で制御することができる。また、伝達媒体の供給量は、供給管３５ａ，３５ｂの間に設けられているプランジャバルブ２６に所望の数の駆動パルスを印加することによって簡単に制御することができるため、伝達媒体の供給量の制御機構の構成を簡単にすることができる。これにより、ピストンの駆動量により液体の吐出量を制御するよりも簡単かつ高精度に液体の分注動作を行うことができる。
【００５５】
また、プランジャバルブ２６に印加される駆動パルスは、デューティー比を変更可能に構成されているため、液体の吐出量の制御を細かく行うことができ、微小な量の液体の分注を行うことができる。
【００５６】
さらに、液体の吐出量を決定する伝達媒体は非圧縮性の液体であり、シリンダ内に気泡を混入しないように伝達媒体及び液体の吸引を行うことができるので、伝達媒体の微小な体積変化を気泡が吸収してしまうことなく、液体の吐出量の高精度の制御を行うことができる。
【００５７】
また、シリンダ３２のノズル部１６に、脱着自在なティップ１４を装着して、液体の吸引及び吐出を行う構成としているため、液体の種類ごとにティップ１４を交換すれば、液体同士のコンタミなどを防止することができる。
【００５８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。例えば、本実施形態では、分注ヘッド１０にピストンが１つのみ設けられている構成としたが、複数のピストンを備えた構成にしてもよい。
【００５９】
また、本実施の形態では、ティップを液体の吐出などを行うノズルとして利用する例を示しているが、図１０Ａ，図１０Ｂに示すように、シリンダのノズル部１６ａを直接液体の吸引／吐出を行うノズルとして機能させてもよい。このように構成すると、液体の吸引／吐出を行うノズルに金属製の極細径のものを使用できるので、１パルス当たりの吐出量の最小値を小さくすることができ、分注精度の向上につながる。
【００６０】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一の実施形態にかかる分注装置の外観構成を示す模式斜視図である。
【図２】（Ａ）は分注ヘッド装置とマイクロプレートとの関係を示す模式図であり、（Ｂ）はティップ収容容器の構成を示す模式図である。
【図３】図１の分注装置が備える分注ヘッドの構成を示す模式図である。
【図４】図１の分注装置が備えるプランジャバルブの構成を示す断面図である。
【図５】図１の分注装置が備えるバルブ駆動部から発生する駆動パルスの例を示す図である。
【図６】分注装置制御システムの制御的な構成を示す制御ブロック図である。
【図７】図１の分注装置の分注方法の一例を示すフローチャートである。
【図８Ａ】図１の分注装置が備えるシリンダに液体を吸引する工程を示す模式図である。
【図８Ｂ】図１の分注装置が備えるシリンダに液体を吸引するためにヘッド本体ユニット２０が下降した状態を示す模式図である。
【図８Ｃ】図１の分注装置が備えるシリンダに液体を吸引する動作を示す模式図である。
【図８Ｄ】図１の分注装置が備えるシリンダに液体が吸引された後ヘッド本体ユニット２０が上昇した状態を示す模式図である。
【図９Ａ】図１の分注装置が液体を吐出させるためにマイクロプレートの上方併置している状態を示す模式図である。
【図９Ｂ】図１の分注装置が液体を吐出している状態を示す模式図である。
【図１０Ａ】本発明の変形例にかかる分注装置が備えるシリンダに液体を吸引する工程を示す模式図である。
【図１０Ｂ】本発明の変形例にかかる分注装置が液体を吐出している状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６２】
３ ベースステージ
４ マイクロプレート
５ 液体収容容器
１０ 分注ヘッド装置
１２ ＸＹロボット
１４ ティップ
１６，１６ａ ノズル部
２０ ヘッド本体ユニット
２２ 昇降装置
２５ バッファタンク
２６ プランジャバルブ
３０ ピストン
３２ シリンダ
３５ａ，３５ｂ 給送管路
４０ ピストン駆動装置
４５ 伝達媒体
９１ 制御部
９３ バルブ駆動部
１０１ 分注装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生化学分野等で、分析の対象となる試料・検体等を含んだ液体や試薬などの液体を吸引した後分注する場合に用いられる空中吐出式分注装置、特に、ノズルを試験容器に対して空中に保持した状態でノズル内の液体の吐出をする分注装置及び分注方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生化学分野等における分析装置において、検体や試薬等の被分注液を専用試験容器であるマイクロプレートに小分けして移注する分注操作が用いられる。この分注操作に用いられる分注装置として、空気を吸引・吐出するノズルの下端部に吐出部や分注ティップを装着し、所定量の空気を吸引することにより、吐出部や分注ティップの先端より被分注液を吸引しまた吐出する方式のものが広く用いられている。
【０００３】
近年、検体や試薬等の分析効率を向上させるため、１回の操作で多くの分注操作を行うことができるようにマイクロプレートに形成する小孔（ウェル）の数量が増加しており、そのため小孔１個あたりの容量が小さくなっている。従って分注装置から吐出すべき被分注液の量も、微量化していく必要が生じている。
【０００４】
従来、被分注液の分注を行う技術としては、例えば、特開平１０−９６７３５号公報（特許文献１）や、特開２００１−２２８０６０号公報（特許文献２）に、開示されているように、シリンダの中にピストンを設け、当該ピストンをひくことによって被分注液を吸入すると共に、当該ピストンを押すことによってシリンダの中に吸入された被分注液を分注させる機構を有する分注装置が開示されている。
【０００５】
また、特開２００３−３５７１６号公報（特許文献３）には、試薬を貯留したノズルを下降させ、その後急激に減速又は停止させて、内部に貯留された被分注液に働く慣性力により、微量の被分注液を吐出することができるように構成されたものが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−９６７３５号公報
【特許文献２】特開２００１−２２８０６０号公報
【特許文献３】特開２００３−３５７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、被分注液の吐出量をピストンによって制御することは、微小なピストンの動きを制御する必要があり、特に微小な吐出量が求められる場合、被分注液の吐出量の制御を高精度で行うことが困難である。また、ピストンの動きにより微小な吐出量を実現しようとすると、ピストン自体の構成を微小にする必要があり、当該ピストンによって画定されるシリンダ内の容積を小さくすることが必要となる。シリンダの容積を小さくすると、シリンダ内に貯留できる被分注液の体積が少なくなるので、例えば、多数のウェルを有するマイクロプレートのすべてに吐出するだけの被分注液を貯留しきれなくなるという問題が生じる。
【０００８】
さらに、特許文献３に開示されているような方法は、シリンダを移動させると共に急激に停止、減速させるための機構が必要となるため、装置の構成が複雑になるという問題がある。
【０００９】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、液体を吸引して、その液体の吐出量を高精度かつ高再現性で実現することができる分注装置及び分注方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の分注装置を提供する。
【００１１】
本発明の第１態様によれば、ピストンを備えたシリンダの先端にノズルを備え、前記ピストンを操作して前記シリンダ中に貯留された液状の伝達媒体を介して前記ノズル内に液体を吸引可能な分注ヘッド本体と、
内部が加圧され、前記シリンダ本体に供給される前記伝達媒体を貯留するバッファタンクと、
前記バッファタンクと前記分注ヘッド本体のシリンダを連通させ、前記バッファタンク内の圧力によって前記伝達媒体を前記シリンダ内に供給する供給管と、
前記供給管の途中に設けられ、前記供給管を閉じて前記伝達媒体の供給を停止すると共に駆動パルスを受けて前記供給管を開放可能に構成されたバルブと、
前記バルブに前記駆動パルスを供給するバルブ駆動部とを備えたことを特徴とする分注装置を提供する。
【００１２】
本発明の第２態様によれば、液状の伝達媒体は、水またはオイルであることを特徴とする、第１態様の分注装置を提供する。
【００１３】
本発明の第３態様によれば、前記バッファタンクは、空圧源から送られた圧縮空気によって内部が一定圧力に加圧されることを特徴とする、第２態様の分注装置を提供する。
【００１４】
本発明の第４態様によれば、前記バルブ駆動部は、矩形波状の駆動パルスを前記バルブに供給するように構成され、前記矩形波状の駆動パルスのデューティー比を変更可能に構成されていることを特徴とする、第１から第３態様のいずれか１つの分注装置を提供する。
【００１５】
本発明の第５態様によれば、前記バルブ駆動部は、１つの駆動パルスによって所望の吐出量よりも少ない量の前記液体を吐出する開放時間を有するような前記駆動パルスを前記バルブに供給するように構成され、前記所望の吐出量となるように複数の駆動パルスを前記バルブに印加することを特徴とする、第４態様の分注装置を提供する。
【００１６】
本発明の第６態様によれば、前記分注ヘッド本体と、前記バッファタンクと、前記供給管と、前記バルブとで分注ヘッドを構成し、
さらに、前記液体が収容された液体収容容器が載置される液体収容部と、
前記吸引された液体の分注作業が行われる前記容器が載置される分注容器載置部と、
前記液体収容部と上記分注容器載置部とに位置決め可能に前記分注ヘッドの移動を行うヘッド移動装置とを備えることを特徴とする第１から第５態様のいずれか１つの分注装置を提供する。
【００１７】
本発明の第７態様によれば、シリンダの先端にノズルを備え、前記シリンダ中に液状の伝達媒体を貯留した状態で前記ノズル内に液体を吸引可能な分注ヘッド本体と、
内部が加圧され、前記分注ヘッド本体に供給される前記伝達媒体を貯留するバッファタンクと、
前記バッファタンクと前記分注ヘッド本体のシリンダを連通させ、開閉可能に構成された供給管とを備えた分注装置を用いて前記ノズル内に吸引された液体を分注する分注方法であって、
前記供給管を閉じた状態として前記バッファタンク内の伝達媒体の前記シリンダ内への供給を停止させ、
前記ピストンを駆動して前記ノズルの先端より液体を吸引して、前記液体をノズル内に貯留し、
前記供給管を開放して前記バッファタンク内の伝達媒体を前記シリンダ内へ供給し、
前記供給された伝達媒体によって前記シリンダ内の伝達媒体の体積が増加することによって、前記ノズル内の液体を吐出することを特徴とする、分注方法を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第１態様及び第７態様において、バルブが閉じている間は、供給管が閉じているので、伝達媒体が供給管を通したシリンダへの供給が停止される。一方、バルブが開放している間は、バッファタンクに貯留された伝達媒体がバッファタンク内の圧力により供給管を介してシリンダに送られる。そして、シリンダの先端のノズルに吸引された液体はシリンダに送られた伝達媒体の体積分だけ吐出される。したがって、バルブの開閉を制御することで、シリンダに送られる伝達媒体の量を制御することができ、ノズルから飛翔する液体の量を制御することができる。また、バルブの開閉は、駆動パルスにより簡単に切り替えることができ、バルブ開閉の制御を容易にすることができる。したがって、バルブの開放時間によって決定する伝達媒体の供給量によって、液体の吐出量を決定することができるため、ピストンの押し出し量により液体の吐出量を制御する場合に比較して、液体の吐出量を高精度かつ高再現性で実現することができる。
【００１９】
本発明の第２態様によれば、伝達媒体が液体であるため、圧力による体積変化の割合がきわめて小さく、また、バルブの開放時間による液体吐出力の伝達が早くなるので、微小な吐出量の調整を簡単にすることができる。また、気泡が弾性体となって液滴の飛翔分注ができないという問題を解消することができる。
【００２０】
本発明の第３態様によれば、バッファタンク内を一定圧力に加圧しているため、バルブの開放による伝達媒体の給送量をほぼ一定量にすることができ、液体の吐出量を高精度に制御することができる。また、加圧手段として圧縮空気を用いているため、バッファタンク内を加圧するための構成を簡単にすることができる。
【００２１】
本発明の第４態様によれば、矩形波状の駆動パルスのデューティー比を変更することにより、駆動パルス１つ当たりの液体の吐出量を調整することができ、液体の吐出量をより細かく制御することができる。
【００２２】
本発明の第５態様によれば、１回の駆動パルスにより微小な液体の吐出量とし、所望の吐出量とするために駆動パルスを複数印加することにより、細かな吐出量の制御を行うことができる。
【００２３】
本発明の第６態様によれば、ヘッド移動部により、液体収容部と分注容器載置部との間を分注ヘッドを自由に移動させながら分注操作を行うことができるので、液体の吸引、分注の一連の操作を自動で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態に係る分注装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
本発明の一の実施形態にかかる分注装置の全体構成を模式的に示す模式構成図を図１に示す。図１に示すように、分注装置１０１は、剛体部材により形成された基台であるベースステージ３を備えており、このベースステージ３上には、ティップ装着ステージＳ１、液体収容ステージＳ２、及びプレート載置ステージＳ３とが設けられている。また、分注装置１０１は、分注処理を行うための単一のノズル部１６を備えた分注ヘッド装置１０と、この分注ヘッド装置１０の図示Ｘ軸方向又はＹ軸方向への移動を行うＸＹロボット１２（ヘッド移動装置の一例である）とを備えている。分注ヘッド装置１０１は、ＸＹロボット１２によりこの上記それぞれのステージＳ１〜Ｓ３を移動し、ノズル部１６の下端部に着脱自在に装着されたティップ１４によって、試薬等である液体を吸入して容器に吐出する分注処理を行う。なお、上記Ｘ軸方向とＹ軸方向とは、ベースステージ３の大略表面沿いの方向であって、互いに直交する方向である。
【００２６】
また、図１に示すように、ベースステージ３上のティップ装着ステージＳ１には、未使用の複数のティップ１４を整列配列させた状態で収容するティップ収容容器６が載置されている。液体収容ステージＳ２には、上記試薬としての液体が収容された液体収容容器５が例えば３台載置されている。なお、このような液体収容容器５はその内部に収容される液体の温度を調整する（例えば所定の温度に保つ）温度調節機能を備えるような場合であってもよい。プレート載置ステージＳ３には、分注対象である液体が分注により所定量だけ供給される多数のウェルが形成されたマイクロプレート４（あるいはマイクロタイタープレート４という場合であってもよい）が複数、例えば、２枚載置されている。さらに、ベースステージ３上には、ティップ１４内に残留する不要な液体や液状の伝達媒体を廃棄する液体廃棄部７が配置されている。
【００２７】
次に、図２の模式説明図を用いて、ティップ１４及びマイクロプレート４について説明する。ティップ１４は液体を吸入又は吐出可能な貫通孔を有する先細りのテーパ状のノズル状部品であり、使用の都度交換されるいわゆる使い捨て部品である。ティップ１４は、分注ヘッド装置１０が備えるシリンダのノズル部１６の先端に交換自在に装着されて液体の吐出などを行うノズルとして機能する。
【００２８】
図２（Ａ）に示すように、分注ヘッド装置１０のノズル部１６には、ティップ１４が装着される。なお、図２においては、図面の理解を容易なものとすることを目的として、マイクロプレート４のウェル４ａの個数を省略している。
【００２９】
分注ヘッド装置１０は、これらのティップ１４の先端部を、図２（Ａ）に示すマイクロプレート４に格子状に設けられた凹部であるウェル４ａ内に下降させて液体を吸入し、あるいは、液体収容容器５内に下降させて収容されている液体を吸入し、上記マイクロプレート４とは異なるマイクロプレート４のウェル４ａにそれぞれのティップ１４に吸入した液体を吐出する。これにより分注ヘッド装置１０は、異なるマイクロプレート４間で液体の移し替えや、マイクロプレート４への液体の供給等の分注処理を行うことができる。
【００３０】
また、図２（Ｂ）に示すように、未使用のそれぞれのティップ１４は、格子状の配列を有するティップ収容容器６内に収容されており、ティップ収容容器６の上方に分注ヘッド装置１０を移動させたあと下降させることにより、それぞれのティップ１４を分注ヘッド装置１０のノズル部１６に自動的に装着することが可能となっている。
【００３１】
次に、分注装置１０１が備える分注ヘッド装置１０の模式図を図３に示して、分注ヘッド装置１０の構成について詳細に説明する。
【００３２】
図３に示すように、分注ヘッド装置１０は、ノズル部１６等を備えて分注処理を行うヘッド本体ユニット２０と、このヘッド本体ユニット２０を昇降させる昇降装置２２と、伝達媒体が貯留されたバッファタンク２５と、バッファタンクとシリンダとを連通させる供給管３５ａ，３５ｂと、供給管３５ａと供給管３５ｂの間（供給管路の途中）に設けられたプランジャバルブ２６と、を備えている。供給管３５ａと供給管３５ｂはプランジャバルブにより接続され、１つの供給管路を構成する。なお、ヘッド本体ユニット２０は、昇降装置２２を介して、ＸＹロボット１２に支持されている。昇降装置２２は、昇降方向に配置されるとともにヘッド本体ユニット２０を昇降可能に支持するボールねじ軸２３と、ボールねじ軸２３に連結されボールネジ軸２３を回転駆動させる昇降駆動モータ２７とを備えている。また、ボールねじ軸２３は、ヘッド本体ユニット２０のフレーム２８に装着されたナット部２４に螺合されている。昇降装置２２がこのような構成を有していることにより、昇降駆動モータ２７を正逆いずれかの方向に駆動させることにより、ボールねじ軸２３に螺合されているナット部２４を当該ボールねじ軸２３に沿って上方又は下方に移動させることで、フレーム２８を介してヘッド本体ユニット２０を上昇又は下降させることができる。
【００３３】
また、図３に示すように、ヘッド本体ユニット２０は、昇降装置２２により昇降可能に支持されているフレーム２８と、このフレーム２８に支持されたシリンダブロック２９と、このシリンダブロック２９に設けられたシリンダ３２内に一方の端部（図示下端部）が挿入されたピストン３０と、ピストン３０の他方の端部（図示上端部）に結合されたナット部３１と、このナット部３１を上下動させることで、シリンダ３２内に挿入配置されたピストン３０をシリンダ３２の内壁に沿いながら一体的に上下動させるピストン駆動装置４０とを備えている。
【００３４】
また、シリンダブロック２９の下方には、ノズル部１６が設けられており、上述のようにノズル部１６には、シリンダ３２の先端にティップ１４が脱着可能に装着される。なお、フレーム２８にはピストン駆動装置４０が支持されており、ナット部３１、それぞれのピストン３０、及びシリンダブロック２９は、ピストン駆動装置４０を介してフレーム２８に支持されている。
【００３５】
また、フレーム２８に装備されたピストン駆動装置４０は、昇降方向に配置されるとともに、ナット部３１を昇降可能に支持するボールねじ軸３３と、ボールねじ軸３３を回転駆動させるピストン駆動用モータ３７とを備えている。
【００３６】
また、ボールねじ軸３３はピストン３０に結合されたナット部３１と螺合している。ピストン駆動装置４０がこのような構成を有していることにより、ピストン駆動用モータ３７を正逆いずれかの方向に回転駆動させることで、ボールねじ軸３３を正逆いずれかの方向に回転駆動させて、このボールねじ軸３３に螺合されているナット部３３ａをボールねじ軸３３の軸方向に沿って上昇又は下降させることができる。その結果、ナット部３１を上昇又は下降させることができ、シリンダ３２内に挿入配置されたピストン３０をシリンダ内壁に沿って上昇又は下降させることが可能となっている。
【００３７】
バッファタンク２５は、シリンダ３２内に吸入される伝達媒体４５を貯留する密閉容器である。伝達媒体としては、水または、シリコンオイルなどのオイルを使用する。バッファタンク２５の容量としては、シリンダ３２内に充填できる程度の量の伝達媒体４５を貯留できる程度であればよく、例えば、２ｍｌ〜１５ｍｌ程度とすることができる。バッファタンク内は、管路３６によって空圧源５２と連通しており、空圧源から送られる圧縮空気により例えば１００ＫＰａ程度に加圧されている。後述するように、バッファタンク２５内の圧力は、貯留されている伝達媒体を給送するための推進力となるため、バッファタンク内の圧力を調整することにより、伝達媒体の給送量、すなわち、駆動パルス１つ当たりの液体の吐出量を調整することができる。レギュレータ５１は、空圧源５２から送られてくる圧縮空気の圧力を調整してバッファタンク２５内部の圧力を調整する。元栓５０は、空気送り管路３６を開閉する。
【００３８】
供給管３５a，３５ｂは、バッファタンク２５とシリンダ３２の伝達媒体取込口３２ａとを接続し、シリンダ３２とバッファタンク２５を連通する。したがって、バッファタンク２５内に貯留されている伝達媒体４５は、供給管３５ａ，３５ｂを通してシリンダ３２に給送される。本実施の形態では供給管３５ａ，３５ｂとが、バッファタンク２５と前記分注ヘッド本体のシリンダ３２を連通する供給管路を構成する。シリンダ３２の伝達媒体取込口３２ａは、ピストン３０の動きに影響されないように、ノズル部１６の近傍に設けられていることが好ましい。
【００３９】
供給管３５ａと供給管３５ｂの間には、プランジャバルブ２６が設けられている。本実施の形態ではプランジャバルブ２６が、供給管路を閉じて伝達媒体の供給を停止すると共に駆動パルスを受けて前記供給管路を開放可能に構成されたバルブとなっている。通常時において、プランジャバルブは供給管路を閉じている。プランジャバルブ２６は、バルブ駆動部９３から供給される駆動パルスを受けて開放状態と閉鎖状態とを切り替え可能に構成されている。上述のように、バッファタンク２５内は、大気圧に比較して高圧に構成されているため、プランジャバルブ２６が開放状態にあるときは、バッファタンク２５内の伝達媒体４５は、供給管３５ａ，３５ｂを介してシリンダ３２へ送られ、プランジャバルブ２６が閉鎖状態にあるときは、プランジャバルブ２６よりも下流側に位置する供給管３５ｂには、バッファタンク内の圧力は伝達されないため、伝達媒体の供給が停止される。
【００４０】
図４は、プランジャバルブの構成を示す模式図である。すなわち、プランジャバルブ２６の本体６５は、供給管３５ａ，３５ｂにそれぞれ接続する接続口７０，７１を連通する腔部６６が設けられており、当該腔部６６内にプランジャシール６７がスプリング６９によって下側に付勢された状態で移動可能に配置されている。プランジャシール６７は、その軸６７ａに永久磁石７３を有しており、下端にパッキン６８が設けられている。通常時においては、プランジャシール６７はスプリング６９によって下向きに付勢され、パッキン６８が接続口７１を閉鎖するため、接続口７０，７１は連通しない。
【００４１】
また、プランジャシール６７の永久磁石７３の周りには、コイル７２が設けられている。コイル７２には、バルブ駆動部９３により図５に示す矩形波状の駆動パルスが印可され、駆動パルスがＨの状態においては、コイル７２が帯磁する。コイル７２の帯磁により永久磁石７３が作動して、プランジャシール６７が上向きに移動し、プランジャシール６７のパッキン６８が接続口７１から離れ、接続口７０と接続口７１とを連通する。
【００４２】
プランジャバルブ２６への駆動パルスを供給するバルブ駆動部９３は、例えば、図５に示すような制御部６０の制御を受けて矩形波状の駆動パルスを発生可能に構成されている。また、バルブ駆動部９３は、矩形波状の駆動パルスの一周期Ａ、及び矩形波状の駆動パルスの一周期Ａ中において、Ｈが占める時間Ｂの比であるデューティー比を変更可能に構成されており、プランジャバルブ２６の開放時間を調整することができる。例えば、駆動パルスの周期Ａ及びデューティー比を調整することにより、駆動パルス１つ当たりの液体の吐出量を調整することができる。なお、周波数は、例えば、１０Hz〜１KHｚ程度とすることができ、また、１パルス当たりの吐出量は矩形波の形状などによって調整可能であるが、最小で０．０５μｌ程度となるようにすることができる。なお、駆動パルス１つ当たりの液体の吐出量は、駆動パルスの周波数とデューティー比すなわち、プランジャバルブが開放している時間のみによって変化するものではなく、上述のように、バッファタンク２５内の圧力、ノズル（ティップ）径などを調整することによって、所望の吐出量に調整することができる。
【００４３】
次に、分注装置１０１における制御系の構成について説明する。分注装置１０１は、その分注処理の動作の制御を行う分注装置制御システム９０を備えている。この分注装置制御システム９０の構成を示す制御ブロック図を図６に示す。なお、図６に示す制御ブロック図においては、その主要な制御構成についてのみ示している。
【００４４】
図６に示すように、分注装置制御システム９０は、システム全体の各ブロックについて統括的な制御を行う制御部９１と当該制御部９１に格納されている分注動作に関するプログラムである分注動作プログラム９２を備える。制御部は、ＸＹロボット１２による分注ヘッド装置１０のＸＹ移動の動作制御を行うＸＹロボット駆動部９６と、分注ヘッド装置１０の昇降駆動モータの昇降動作制御を行う昇降モータ駆動部９５と、分注ヘッド装置１０のピストン駆動用モータ３７の駆動制御を行うポンプ駆動部９４と、分注ヘッド装置１０のプランジャバルブ２６に駆動パルスを印加するバルブ駆動部９３とを備える。
【００４５】
ＸＹロボット駆動部９６は、ＸＹロボット１２による分注ヘッド装置１０のＸ軸方向又はＹ軸方向の移動動作の制御を行うことにより、分注ヘッド装置１０を各ステージＳ１〜Ｓ３へ位置決めするための動作制御を行う。昇降モータ駆動部９５は、昇降装置２２によるヘッド本体ユニット２０の昇降動作の制御を行う。また、ポンプ駆動部９４は、ピストン駆動装置４０によるピストン３０の昇降動作の制御を行う。バルブ駆動部９３は、プランジャバルブ２６に駆動パルスを印可してその開閉を切り替え、バッファタンク２５からシリンダ３２に伝達媒体を供給する量及びタイミングを制御する。
【００４６】
また、分注装置制御システム９０には、ユーザにより設定される制御条件や操作指令を制御部へ入力する入力部９７が設けられている。入力部９７を通して入力される制御条件としては、例えば、分注ヘッド装置１０が装備するノズル部１６における液体の吸入量あるいは吐出量のデータが例示できる。特に、このような分注処理においては、微少量の液体の吸入及び吐出を正確に行う必要があるとともに、取り扱われる液体の種類に応じて適切な条件を設定する必要がある。このように入力部９７を通じて設定される液体の吸入・吐出量のデータは、制御部９１において、シリンダ３２内におけるピストン３０の移動距離、すなわちピストンストロークのデータに変換して、伝達媒体及び液体の吸入量を設定量とすると共に、プランジャバルブの開放の時間、回数を設定量として、上記設定された液体の吸入・吐出量に応じた制御を行うことができる。
【００４７】
次に、本実施形態にかかる分注装置の分注方法について図７に示すフローチャートに基づいて以下に説明する。
【００４８】
まず、ＸＹロボットを操作して、分注ヘッド装置１０を液体廃棄部７の上方まで移動させる。その後、ピストン３０を固定した状態でバルブ駆動部９３を駆動させてプランジャバルブ２６を所定時間開放し、伝達媒体をバッファタンク２６から送ってノズルであるティップ１４の先端から液体廃棄部７へ少量吐出する（＃１）。これによりティップ１４の内部は、気泡が除去されて伝達媒体４５で完全に満たされた状態となる。
【００４９】
まず、図示しない入力部としての操作スイッチなどを操作し、分注作業を開始する要求を制御部９０が受けると、液体をティップ１４内に吸引して分注操作を開始する。（＃２）。この処理においては、まず、図８Ａに示すように、ＸＹロボット１２を動作させて、液体４６が貯留された液体収容容器５の上方へ分注ヘッド装置を移動させる。その後、図８Ｂに示すように、昇降モータ２７を駆動させて液体４６にティップ１４の先端が接触するように、ヘッド本体ユニット２０を下降させる。その後、図８Ｃに示すように、ポンプ駆動部９４がピストン駆動用モータ３７を動作させてピストン３０をさらに引き上げ、ティップ１４内に液体４６を充填させる。このとき、ピストンの上昇速度が大きいと、ティップ１４内に気泡が混入するため、ピストンの上昇速度は小さくしておくことが望ましい。
【００５０】
ティップ１４内に液体４６の充填が完了すると、昇降モータ２７を駆動させてヘッド本体ユニット２０を上昇させる。
【００５１】
次に、制御部９０は、図９Ａに示すように、分注のためにＸＹロボット１２を動作させて、分注したいマイクロプレート４のウェル４ａの上方へ分注ヘッド装置１０を移動させる（＃３）。次いで、マイクロプレート４のウェル４ａの底壁とティップ１４の先端とが接触しないように、昇降モータ２７を駆動させ、ヘッド本体ユニット２０を下降させる。
【００５２】
次に、図９Ｂに示すように、制御部９０は、バルブ駆動部９３を動作させて、プランジャバルブ２６に駆動パルスを印加する（＃４）。駆動パルスの印加により、プランジャバルブ２６は開放状態となり、バッファタンク内の圧力によって伝達媒体４５が供給管３５ａ，３５ｂを通ってシリンダ３２内に移動する。移動した伝達媒体４５の体積分の液体４６ａがシリンダ３２から吐出され、ティップ１４の先端から飛翔してマイクロプレート４のウェル４ａに注入される。なお、プランジャバルブ２６に駆動パルスを複数回印加して所望の吐出量だけ液体を吐出すようにしてもよい。
【００５３】
以下、他のウェル４ａに対して上記の分注動作を繰り返し行い、マイクロプレート４の全てのウェル４ａに分注を完了したならば（＃５）、ティップ１４内に残っている液体４６と伝達媒体４５を廃棄し、分注作用を終了する。なお、全てのウェル４ａに対して分注が完了する前にティップ１４内の液体が少なくなる場合は、＃２の試料吸引へ戻り、残りのウェルに対する分注操作を続行する。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態にかかる分注装置によれば、バッファタンク内に貯留されている伝達媒体がシリンダに送られることで液体が吐出されるため、伝達媒体の供給量を制御することにより液体の吐出量を簡単な構成で制御することができる。また、伝達媒体の供給量は、供給管３５ａ，３５ｂの間に設けられているプランジャバルブ２６に所望の数の駆動パルスを印加することによって簡単に制御することができるため、伝達媒体の供給量の制御機構の構成を簡単にすることができる。これにより、ピストンの駆動量により液体の吐出量を制御するよりも簡単かつ高精度に液体の分注動作を行うことができる。
【００５５】
また、プランジャバルブ２６に印加される駆動パルスは、デューティー比を変更可能に構成されているため、液体の吐出量の制御を細かく行うことができ、微小な量の液体の分注を行うことができる。
【００５６】
さらに、液体の吐出量を決定する伝達媒体は非圧縮性の液体であり、シリンダ内に気泡を混入しないように伝達媒体及び液体の吸引を行うことができるので、伝達媒体の微小な体積変化を気泡が吸収してしまうことなく、液体の吐出量の高精度の制御を行うことができる。
【００５７】
また、シリンダ３２のノズル部１６に、脱着自在なティップ１４を装着して、液体の吸引及び吐出を行う構成としているため、液体の種類ごとにティップ１４を交換すれば、液体同士のコンタミなどを防止することができる。
【００５８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。例えば、本実施形態では、分注ヘッド１０にピストンが１つのみ設けられている構成としたが、複数のピストンを備えた構成にしてもよい。
【００５９】
また、本実施の形態では、ティップを液体の吐出などを行うノズルとして利用する例を示しているが、図１０Ａ，図１０Ｂに示すように、シリンダのノズル部１６ａを直接液体の吸引／吐出を行うノズルとして機能させてもよい。このように構成すると、液体の吸引／吐出を行うノズルに金属製の極細径のものを使用できるので、１パルス当たりの吐出量の最小値を小さくすることができ、分注精度の向上につながる。
【００６０】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一の実施形態にかかる分注装置の外観構成を示す模式斜視図である。
【図２】（Ａ）は分注ヘッド装置とマイクロプレートとの関係を示す模式図であり、（Ｂ）はティップ収容容器の構成を示す模式図である。
【図３】図１の分注装置が備える分注ヘッドの構成を示す模式図である。
【図４】図１の分注装置が備えるプランジャバルブの構成を示す断面図である。
【図５】図１の分注装置が備えるバルブ駆動部から発生する駆動パルスの例を示す図である。
【図６】分注装置制御システムの制御的な構成を示す制御ブロック図である。
【図７】図１の分注装置の分注方法の一例を示すフローチャートである。
【図８Ａ】図１の分注装置が備えるシリンダに液体を吸引する工程を示す模式図である。
【図８Ｂ】図１の分注装置が備えるシリンダに液体を吸引するためにヘッド本体ユニット２０が下降した状態を示す模式図である。
【図８Ｃ】図１の分注装置が備えるシリンダに液体を吸引する動作を示す模式図である。
【図８Ｄ】図１の分注装置が備えるシリンダに液体が吸引された後ヘッド本体ユニット２０が上昇した状態を示す模式図である。
【図９Ａ】図１の分注装置が液体を吐出させるためにマイクロプレートの上方併置している状態を示す模式図である。
【図９Ｂ】図１の分注装置が液体を吐出している状態を示す模式図である。
【図１０Ａ】本発明の変形例にかかる分注装置が備えるシリンダに液体を吸引する工程を示す模式図である。
【図１０Ｂ】本発明の変形例にかかる分注装置が液体を吐出している状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６２】
３ ベースステージ
４ マイクロプレート
５ 液体収容容器
１０ 分注ヘッド装置
１２ ＸＹロボット
１４ ティップ
１６，１６ａ ノズル部
２０ ヘッド本体ユニット
２２ 昇降装置
２５ バッファタンク
２６ プランジャバルブ
３０ ピストン
３２ シリンダ
３５ａ，３５ｂ 給送管路
４０ ピストン駆動装置
４５ 伝達媒体
９１ 制御部
９３ バルブ駆動部
１０１ 分注装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンを備えたシリンダの先端にノズルを備え、前記ピストンを操作して前記シリンダ中に貯留された液状の伝達媒体を介して前記ノズル内に液体を吸引可能な分注ヘッド本体と、
内部が加圧され、前記シリンダ本体に供給される前記伝達媒体を貯留するバッファタンクと、
前記バッファタンクと前記分注ヘッド本体のシリンダを連通させ、前記バッファタンク内の圧力によって前記伝達媒体を前記シリンダ内に供給する供給管と、
前記供給管の途中に設けられ、前記供給管を閉じて前記伝達媒体の供給を停止すると共に駆動パルスを受けて前記供給管を開放可能に構成されたバルブと、
前記バルブに前記駆動パルスを供給するバルブ駆動部とを備えたことを特徴とする、分注装置。
【請求項２】
液状の伝達媒体は、水またはオイルであることを特徴とする、請求項１に記載の分注装置。
【請求項３】
前記バッファタンクは、空圧源から送られた圧縮空気によって内部が一定圧力に加圧されることを特徴とする、請求項２に記載の分注装置。
【請求項４】
前記バルブ駆動部は、矩形波状の駆動パルスを前記バルブに供給するように構成され、前記矩形波状の駆動パルスのデューティー比を変更可能に構成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の分注装置。
【請求項５】
前記バルブ駆動部は、１つの駆動パルスによって所望の吐出量よりも少ない量の前記液体を吐出する開放時間を有するような前記駆動パルスを前記バルブに供給するように構成され、前記所望の吐出量となるように複数の駆動パルスを前記バルブに印加することを特徴とする、請求項４に記載の分注装置。
【請求項６】
前記分注ヘッド本体と、前記バッファタンクと、前記供給管と、前記バルブとで分注ヘッドを構成し、
さらに、前記液体が収容された液体収容容器が載置される液体収容部と、
前記吸引された液体の分注作業が行われる前記容器が載置される分注容器載置部と、
前記液体収容部と上記分注容器載置部とに位置決め可能に前記分注ヘッドの移動を行うヘッド移動装置とを備えることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１つに記載の分注装置。
【請求項７】
シリンダの先端にノズルを備え、前記シリンダ中に液状の伝達媒体を貯留した状態で前記ノズル内に液体を吸引可能な分注ヘッド本体と、
内部が加圧され、前記分注ヘッド本体に供給される前記伝達媒体を貯留するバッファタンクと、
前記バッファタンクと前記分注ヘッド本体のシリンダを連通させ、開閉可能に構成された供給管とを備えた分注装置を用いて前記ノズル内に吸引された液体を分注する分注方法であって、
前記供給管を閉じた状態として前記バッファタンク内の伝達媒体の前記シリンダ内への供給を停止させ、
前記ピストンを駆動して前記ノズルの先端より液体を吸引して、前記液体をノズル内に貯留し、
前記供給管を開放して前記バッファタンク内の伝達媒体を前記シリンダ内へ供給し、
前記供給された伝達媒体によって前記シリンダ内の伝達媒体の体積が増加することによって、前記ノズル内の液体を吐出することを特徴とする、分注方法。
【請求項１】
ピストンを備えたシリンダの先端にノズルを備え、前記ピストンを操作して前記シリンダ中に貯留された液状の伝達媒体を介して前記ノズル内に液体を吸引可能な分注ヘッド本体と、
内部が加圧され、前記シリンダ本体に供給される前記伝達媒体を貯留するバッファタンクと、
前記バッファタンクと前記分注ヘッド本体のシリンダを連通させ、前記バッファタンク内の圧力によって前記伝達媒体を前記シリンダ内に供給する供給管と、
前記供給管の途中に設けられ、前記供給管を閉じて前記伝達媒体の供給を停止すると共に駆動パルスを受けて前記供給管を開放可能に構成されたバルブと、
前記バルブに前記駆動パルスを供給するバルブ駆動部とを備えたことを特徴とする、分注装置。
【請求項２】
液状の伝達媒体は、水またはオイルであることを特徴とする、請求項１に記載の分注装置。
【請求項３】
前記バッファタンクは、空圧源から送られた圧縮空気によって内部が一定圧力に加圧されることを特徴とする、請求項２に記載の分注装置。
【請求項４】
前記バルブ駆動部は、矩形波状の駆動パルスを前記バルブに供給するように構成され、前記矩形波状の駆動パルスのデューティー比を変更可能に構成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の分注装置。
【請求項５】
前記バルブ駆動部は、１つの駆動パルスによって所望の吐出量よりも少ない量の前記液体を吐出する開放時間を有するような前記駆動パルスを前記バルブに供給するように構成され、前記所望の吐出量となるように複数の駆動パルスを前記バルブに印加することを特徴とする、請求項４に記載の分注装置。
【請求項６】
前記分注ヘッド本体と、前記バッファタンクと、前記供給管と、前記バルブとで分注ヘッドを構成し、
さらに、前記液体が収容された液体収容容器が載置される液体収容部と、
前記吸引された液体の分注作業が行われる前記容器が載置される分注容器載置部と、
前記液体収容部と上記分注容器載置部とに位置決め可能に前記分注ヘッドの移動を行うヘッド移動装置とを備えることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１つに記載の分注装置。
【請求項７】
シリンダの先端にノズルを備え、前記シリンダ中に液状の伝達媒体を貯留した状態で前記ノズル内に液体を吸引可能な分注ヘッド本体と、
内部が加圧され、前記分注ヘッド本体に供給される前記伝達媒体を貯留するバッファタンクと、
前記バッファタンクと前記分注ヘッド本体のシリンダを連通させ、開閉可能に構成された供給管とを備えた分注装置を用いて前記ノズル内に吸引された液体を分注する分注方法であって、
前記供給管を閉じた状態として前記バッファタンク内の伝達媒体の前記シリンダ内への供給を停止させ、
前記ピストンを駆動して前記ノズルの先端より液体を吸引して、前記液体をノズル内に貯留し、
前記供給管を開放して前記バッファタンク内の伝達媒体を前記シリンダ内へ供給し、
前記供給された伝達媒体によって前記シリンダ内の伝達媒体の体積が増加することによって、前記ノズル内の液体を吐出することを特徴とする、分注方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【公開番号】特開２００６−２８４４２６（Ｐ２００６−２８４４２６Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０６１１５（Ｐ２００５−１０６１１５）
【出願日】平成１７年４月１日（２００５．４．１）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１日（２００５．４．１）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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