自動分注装置
【課題】分注する液体の性質によらず一定の条件で吐出操作を行うことによって、高精度な分注を行うことができる自動分注装置を提供すること。
【解決手段】液体の吸引及び吐出が可能な分注ヘッド６と、該分注ヘッド６を移動させるためのロボット（移送手段）５と、前記分注ヘッド６に装着された分注チップ８に吸引される液体を貯蔵する容器群（吸引容器）１０と、液体が吐出されるフィルタ付き容器（吐出容器）１１とを備えた自動分注装置１において、液体を前記フィルタ付き容器１１に吐出する際に、前記分注チップ８の先端にできる液滴の最下端と前記フィルタ付き容器１１の液面との距離を一定（例えば、前記分注チップ８の先端にできる液滴の最下端と前記フィルタ容器１１の液面との距離を１０ｍｍ以下）とする。
【解決手段】液体の吸引及び吐出が可能な分注ヘッド６と、該分注ヘッド６を移動させるためのロボット（移送手段）５と、前記分注ヘッド６に装着された分注チップ８に吸引される液体を貯蔵する容器群（吸引容器）１０と、液体が吐出されるフィルタ付き容器（吐出容器）１１とを備えた自動分注装置１において、液体を前記フィルタ付き容器１１に吐出する際に、前記分注チップ８の先端にできる液滴の最下端と前記フィルタ付き容器１１の液面との距離を一定（例えば、前記分注チップ８の先端にできる液滴の最下端と前記フィルタ容器１１の液面との距離を１０ｍｍ以下）とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薬物代謝試験等で検体や試薬、酵素等の分注に用いられる自動分注装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薬物代謝試験に限らず、検体や試薬を分注する作業は頻繁に実施されており、その作業は膨大化する傾向にあって、手作業による人的ミスを排除したいという要望もあり、人手による作業から自動化へと移行しつつある。
【０００３】
分注作業の自動化に当たっては、予め必要な液体を入れた吸引容器を装置内に配置しておき、分注ヘッドに装着された分注チップが液体を吸引できる位置にロボットを移動させ、分注チップ内に所定量の液体を吸引させ、決められた吐出容器に吐出させるという制御を行うのが一般的である。
【０００４】
ここで、試薬液を吐出する際、分注チップの下側先端の吐出口が吐出容器に入っている液面よりも上空になるようにロボットを移動させる必要があるが、分注チップの高さ方向の位置は、液面に対して上空であれば全く問題ないとう訳ではなく、できる限り液面に近づけた状態に移動させることが望ましい。その理由は、液面から離れた位置から吐出した場合、液の飛び散りや液の跳ね返りによって分注の精度が低下するためである。
【０００５】
又、アルコールのように揮発性の高い液体を上空から吐出した場合、液面に到達するまでに液体が蒸発してしまい、分注量が少なくなってしまう。更に、上空から液を落下させるために泡が立ち易くなる。薬物代謝試験のように液と液を混ぜ合わせることによって化学反応を引き起こす試験の場合、泡が立つことによって測定結果に悪影響を及ぼしてしまう。
【０００６】
又、吐出容器に液を一旦吐出した後、その吐出容器から液を吸引し、別の容器に液を移し替えるという作業も一般的に行われるが、泡を吸引してしまうために正確な量を吸引することができない。
【０００７】
そこで、分注量と吐出容器内の液面高さの関係から吐出高さを一定に保つ方法が提案されている（特許文献１参照）。この方法によれば、吐出容器の形状と吐出容器内の液量から液面高さを計算し、分注量と液面高さの関係から、分注チップの下側先端の吐出口と吐出容器の液面との距離を常に一定の距離に制御することができる。
【特許文献１】特開平１１−２８７８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記方法では、液体を吐出する際、分注チップの下側先端の吐出口から連続的に液体が流れ出る訳ではなく、液体の種類によって異なる大きさの液滴となって断続的に吐出容器に落下する。そのため、たとえ分注チップの下側先端の吐出口と吐出容器の液面との距離を所定の距離に制御したとしても、表面張力が大きい液体の場合は液滴が大きく、液滴と液面との距離が小さくなる。場合によっては液滴が液面に触れてしまう、いわゆるコンタミネーションを起こす可能性がある。
【０００９】
一方、表面張力が小さい液体の場合は液滴が小さく、液滴と液面との距離が大きくなり、液滴の大きな液体に比べて、液の飛び散り、液の跳ね返り、蒸発、泡立ちが起こり易くなる。つまり、分注する液体の種類によって条件が異なることになる。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、分注する液体の性質によらず一定の条件で吐出操作を行うことによって、高精度な分注を行うことができる自動分注装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、液体の吸引及び吐出が可能な分注ヘッドと、該分注ヘッドを移動させるための移送手段と、前記分注ヘッドに装着された分注チップに吸引される液体を貯蔵する吸引容器と、液体が吐出される吐出容器とを備えた自動分注装置において、液体を前記吐出容器に吐出する際に、前記分注チップの先端にできる液滴の最下端と前記吐出容器の液面との距離を一定にすることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記分注チップの先端にできる液滴の最下端と前記吐出容器の液面との距離を１０ｍｍ以下とすることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記液滴の大きさを制御装置に入力できることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記液滴の大きさを計算することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、液体を吐出容器に吐出する際に、分注チップの先端にできる液滴の最下端と吐出容器の液面との距離を一定にして吐出動作を行うことができるため、分注する液体の性質によらず一定の条件で吐出操作を行うことができ、高精度な分注が可能となる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、分注チップの先端にできる液滴の最下端と吐出容器の液面との距離を１０ｍｍ以下の微小な距離に設定することによって、液の飛び散り、液の跳ね返り、蒸発、泡立ち等による不具合を最小限に抑えることができる。
【００１７】
請求項３及び４記載の発明によれば、実験条件によらず、分注チップの先端にできる液滴の最下端と吐出容器の液面との距離を一定にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
本実施の形態では、医薬品、農薬、水等に含まれる有機化学成分の分析を行う際に前処理として行なわれる固相抽出工程を実現させる自動分注装置（以下、「自動固相抽出装置」と称す）について説明する。
【００２０】
図１は本発明に係る自動固相抽出装置１の斜視図であり、この自動固相抽出装置１は、自動固相抽出装置本体２と、真空ポンプが内蔵された真空コントローラ１５と、これらを制御する制御装置３で構成されている。制御装置３は、例えば汎用のパーソナル・コンピュータから構成され、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信ケーブル４で自動固相抽出装置本体２及び真空コントローラ１５と接続されている。
【００２１】
自動固相抽出装置本体２には、３次元空間を移動して位置決めが可能な移送手段であるロボット５と、該ロボット５の先端に設けられた分注ヘッド６と、制御装置３に入力された条件に基づいて自動固相抽出装置本体２を駆動する回路部（図示せず）が設けられている。ここで、ロボット５は、各軸互いに直交に構成されたＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸を有し、不図示のステッピングモータによって駆動されて位置決めされるよう構成されている。尚、ロボット５を駆動する駆動モータにサーボモータ等を用いても良い。
【００２２】
図２は自動固相抽出装置本体２の内部構造を示す斜視図である。
【００２３】
分注ヘッド６には、一列に並んで配置された複数の分注チップ８が着脱可能であって、該分注チップ８を装着することにより液体の吸引と吐出を可能としている。例えば、分注ヘッド６は、１２連のシリンジ（図示せず）が１つのステッピングモータで駆動されるよう構成され、そのシリンジ個々の間隔はフィルタ付き容器１１のウェルの間隔と同じ９ｍｍピッチで配置されており、分注チップ８を装着してシリンジを駆動することにより液体の吸引及び吐出動作を実行する。
【００２４】
ロボット５に取り付けられた分注ヘッド６の可動範囲の下方には、分注ヘッド６に装着される分注チップ８をフィルタ付き容器１１のウェルの間隔と同じ９ｍｍピッチで配置できる分注チップ容器９が配置されている。又、試薬が収容された試薬容器１０ａ，１０ｂと、標準溶液と呼ばれる溶液が収容された標準溶液容器１０ｃと、固相抽出を行う前処理として予めサンプルを調製するために使用するサンプル容器１０ｄの４つのプレート容器群１０が配置されている。
【００２５】
前記フィルタ付き容器１１は、真空容器１３の上部に配置されたキャリア１２内に載置されている。そして、キャリア１２の上部左右には、キャリア１２の凸部１２ａ，１２ｂが上向きに取り付けられている。又、分注ヘッド６の左右には、キャリア１２の凸部１２ａ，１２ｂに当接可能なフック６ａ，６ｂが下向きに取り付けられており、ロボット５を移動させて分注ヘッド６のフック６ａ，６ｂをキャリア１２の凸部１２ａ，１２ｂに引っ掛けることによって、キャリア１２を真空容器１３の手前側１３ａと奥側１３ｂに移動させることができる。
【００２６】
ここで、キャリア１２を前後方向に移動させているが、固相抽出においては、フィルタ付き容器１１から真空吸引される液が必要な場合と、不要な場合とがある。そのため、本実施の形態では、真空容器１３の手前側１３ａを不要な液を受ける側（以下、「Ｌｏａｄ側」と称す）、奥側１３ｂを必要な液を受ける側（以下、「Ｃｏｌｌｅｃｔ側」と称す）としている。又、ロボット５を移動させて分注ヘッド６のフック６ａ，６ｂでキャリア１２の凸部１２ａ，１２ｂを押し付けることによって、キャリア１２内に載置されたフィルタ付き容器１１の下面と真空容器１３のＬｏａｄ側１３ａ又はＣｏｌｌｅｃｔ側１３ｂとで形成される空間を密閉し、真空コントローラ１５を制御して前記空間内を真空状態にすることによって、フィルタ付き容器１１内の液体を真空容器１３に真空吸引させる。
【００２７】
又、自動固相抽出装置本体２の内部には、試薬の分注に使用し不要となった分注チップ８を廃棄する廃棄容器１４が配置されている。
【００２８】
ところで、フィルタ付き容器１１には複数個のウェルが縦ｎ個×横ｍ個設けられており、例えば縦１２個×横８個の９６個のウェルが格子状に配列されている。
【００２９】
又、自動固相抽出装置１は、運転中に自動固相抽出装置本体２の内部に手等が入れられないように安全カバー１６で覆われており、自動固相抽出装置１の運転中に安全カバー１６を開けた場合にはロボット５への電源の供給が自動的に遮断される構造が採用されている。
【００３０】
図３は本発明に係る自動固相抽出装置１を用いた具体的な運転工程例３０を示す図である。 自動固相抽出装置１を使用する実験者は、運転を開始する前に図１に示す制御装置３を用いて予め運転工程を決定する。運転工程例３０に示すＳｔｅｐ１は、標準溶液容器１０ｃに予め入れられたＭｅＯＨ溶媒を５０μｌ吸引し、サンプル容器１０ｄの１列目２列目に吐出することを意味している。
【００３１】
図３を用いて自動固相抽出装置１の具体的な動作について説明する。
【００３２】
先ず、分注チップ容器９に入れられた分注チップ８の上側開口部に、分注ヘッド６の下側先端のノズル部６ｃを圧入するようにロボット５を移動させ、分注ヘッド６に分注チップ８を装着する。その後、分注ヘッド６を上空に移動させて分注チップ８の装着を完了する。
【００３３】
次に、ＭｅＯＨ溶媒が入れられている標準溶液容器１０ｃの列に分注ヘッド６を移動させ、該分注ヘッド６を分注チップ８の先端がＭｅＯＨ溶媒に漬かる位置まで下降させる。そして、不図示のシリンジを吸引方向にコントロールして分注ヘッド６に装着された分注チップ８の内部にＭｅＯＨ溶媒を５０μｌ吸引し、分注ヘッド６を上空に移動させてＭｅＯＨ溶媒の吸引を完了する。
【００３４】
次に、サンプル容器１０ｄの１列目に分注ヘッド６を移動させ、シリンジを吐出方向にコントロールして分注チップ８内のＭｅＯＨ溶媒をサンプル容器１０ｄに吐出する。
【００３５】
上記と同様にＭｅＯＨ（メタノール）溶媒を吸引し、サンプル容器１０ｄの２列目に対して吐出作業を行う。この作業が終了した後は分注ヘッド６を廃棄容器１４の上空に移動させ、分注チップ取り外し機構（図示せず）を用いて不要となった分注チップ８を分注ヘッド６から取り外すことによってＳｔｅｐ１の工程を終了する。
【００３６】
Ｓｔｅｐ２〜Ｓｔｅｐ６までの工程は、試薬が異なることによる吸引する位置の違いや、分注する量、吐出する位置や列数に違いがあるものの、分注チップ８の装着から試薬の吸引、試薬の吐出、分注チップ８の廃棄に至るまでの流れは上記したＳｔｅｐ１の場合と同様である。
【００３７】
次に、Ｓｔｅｐ７「試薬→Ｌｏａｄに分注→真空吸引」の自動固相抽出装置１の動作について説明する。
【００３８】
先ず、キャリア１２が真空容器１３のＬｏａｄ側１３ａに移動していなければならない。キャリア１２がＬｏａｄ側１３ａに無い場合、分注ヘッド６のフック６ａ，６ｂをキャリア１２の凸部１２ａ，１２ｂに引っ掛けてＬｏａｄ側１３ａへと移動させる。ここで、分注チップ８を装着した状態では、分注ヘッド６のフック６ａ，６ｂがキャリア１２の凸部１２ａ，１２ｂに接触する前に分注チップ８がフィルタ付き容器１１に衝突してしまうため、分注チップ８を装着する前にキャリア１２の移動を行うようにしている。
【００３９】
次に、Ｓｔｅｐ１の場合と同様に、分注チップ容器９に入れられた分注チップ８の上側開口部に、分注ヘッド６の下側先端のノズル部６ｃを圧入するようにロボット５を移動させ、分注ヘッド６に分注チップ８を装着する。その後、分注ヘッド６を上空に移動させて分注チップ８の装着を完了する。
【００４０】
次に、分注する試薬ＭｅＯＨが入れられている試薬容器１０ａ又は１０ｂの列に分注ヘッド６を移動させ、分注チップ８の先端がＭｅＯＨに漬かる位置まで分注ヘッド６を下降させる。そして、不図示のシリンジを吸引方向にコントロールして分注ヘッド６に装着された分注チップ８の内部にＭｅＯＨを５００μｌ吸引し、分注ヘッド６を上空に移動させてＭｅＯＨの吸引を完了する。
【００４１】
次に、真空容器１３のＬｏａｄ側１３ａに移動してあるキャリア１２に載置されたフィルタ付き容器１１の１列目に分注ヘッド６を移動させ、シリンジを吐出方向にコントロールして分注チップ８内のＭｅＯＨをフィルタ付き容器１１に吐出する。
【００４２】
上記と同様にＭｅＯＨを吸引し、フィルタ付き容器１１の２列目に吐出作業を行う。以下同様にＭｅＯＨをフィルタ付き容器１１の３列目〜１２列目まで分注し、終了後は分注ヘッド６を廃棄容器１４上空に移動させ、分注チップ取り外し機構（図示せず）を用いて不要となった分注チップ８を分注チップ６から取り外す。
【００４３】
次に、ロボット５を移動させて分注ヘッド６のフック６ａ，６ｂでキャリア１２の凸部１２ａ，１２ｂを押し付けることによって、Ｌｏａｄ側１３ａにあるキャリア１２内に載置されたフィルタ付き容器１１の下面と真空容器のＬｏａｄ側１３ａとで形成される空間を密閉する。この状態から、真空コントローラ１５内の真空ポンプを駆動し、前記空間内を真空状態にしてフィルタ付き容器１１内の液体を真空容器１３のＬｏａｄ側１３ａに真空吸引する。この状態を１分間保持した後、真空コントローラ１５は真空ポンプの運転を停止させ、分注ヘッド６を上空に移動させてＳｔｅｐ７の工程を終了する。
【００４４】
Ｓｔｅｐ８〜Ｓｔｅｐ１２までの工程は、分注する試薬等を吸引する位置が異なる（試薬薬容器１０ａ又は１０ｂ、サンプル容器１０ｄ）、分注量が異なる、フィルタ付き容器１１の位置（即ち、キャリア１２の位置）が異なるものの、キャリア１２の移動、分注チップ８の装着、試薬の吸引、試薬の吐出、分注チップ８の廃棄、キャリア１２の凸部１２ａ，１２ｂの押し付け、真空コントローラ１５の制御に至るまでの流れは前記したＳｔｅｐ７の場合と同様である。
【００４５】
最終的に、Ｓｔｅｐ１２でフィルタ付き容器１１が載っているキャリア１２を真空容器１３のＣｏｌｌｅｃｔ側１３ｂに移動させ、真空容器１３のＣｏｌｌｅｃｔ側１３ｂで真空吸引し、吸引された液が固相抽出した結果として回収容器１３ｃに回収され、この液を検出器（例えば、示差屈折検出器、紫外吸収検出器、紫外分光光度計、蛍光光度計等）に掛けて成分を分析する。
【００４６】
以上が自動固相抽出装置１の運転の一連の流れである。
【００４７】
図４は分注チップ８から液体が吐出される様子を示したモデル図である。
【００４８】
液体は分注チップ８から連続的に流れ出る訳ではなく、或る大きさの液滴となって断続的に落下する。その液滴の高さ方向の長さＨは、分注チップ８の下側先端の吐出口の径と、吐出速度、吐出する液体の性質（粘度、表面張力等）、更には雰囲気温度によって一義的に決まる。
【００４９】
本実施の形態において、実験により測定した液滴の長さＨは、或る一定の吐出速度及び雰囲気温度において、例えば水の場合が約４ｍｍ、メタノールの場合が約２ｍｍ、血漿サンプルの場合が約５ｍｍであった。図３に示す運転工程例３０を設定する際、実験者が分注する液体の種類や分注するエリア等を設定・選択する他に、設定項目の１つとしてこの液体の種類に応じた液滴の長さＨを設定できるようにし、吐出動作時の分注ヘッド６の高さ方向の移動量の計算に使用する。
【００５０】
当然ながら、初めて使用する液体の場合には液滴の長さＨが不明であるが、液体の性質を水系、アルコール系、サンプル系というように分類することによって、容易に液滴の長さＨを入力することができる。又、試運転を行って吐出時の様子を観察し、液滴の長さＨを補正することも可能である。
【００５１】
又、前述のように液滴の長さＨを実験者が制御装置３に対して直接設定するのではなく、分注チップ８の径と吐出速度、雰囲気温度から決まる係数を予め固定の数値として制御装置３に記憶させておき、実験者が液体の種類を入力するだけで液滴の長さＨを自動的に計算する方法を採用しても良い。この場合、雰囲気温度は実験者が制御装置３に入力する方法であっても、自動分注装置１に雰囲気温度を測定する機能を持たせる方法であっても構わない。
【００５２】
図５は、分注チップ８から、吐出容器であるサンプル容器１０ｄの１ウェル分５０に液体を吐出する様子を示した図である。
【００５３】
図５には、例として落下する際の液滴が小さい液体（例えば、メタノール）を吐出した場合５１（液滴の長さをＨ１とする）と、落下する際の液滴が大きい液体（例えば、血漿サンプル）を吐出した場合５２（液滴の長さをＨ２とする）を示している。
【００５４】
而して、何れの場合も、分注チップ８の先端にできた落下直前の液滴の最下端と、ウェル５０内の液面との距離Ｌが一定になるように、分注ヘッド６の高さ方向の移動量を制御する。この距離Ｌを１０ｍｍ以下の微小な距離に設定することによって、液の飛び散り、液の跳ね返り、蒸発、泡立ち等による不具合を最小限に抑えることができる。
【００５５】
ここで、ウェル５０内の液面の高さは液量の変化に伴い常に変動していることになるが、ウェル５０の形状とウェル５０内の液量の関係から液面高さを計算し、分注量と液面高さに応じて分注ヘッド６の高さ方向の移動量を補正する方法については特許文献１に記載があるように公知である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る自動分注装置の一形態としての自動固相抽出装置の斜視図である。
【図２】本発明に係る自動固相抽出装置の本体内部の構成を示す斜視図である。
【図３】固相抽出運転例を示す図である。
【図４】分注チップから液体が吐出される様子を示したモデル図である。
【図５】分注チップと液滴及び液面の位置関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 自動固相抽出装置（自動分注装置）
２ 自動固相抽出装置本体
３ 制御装置
４ 通信ケーブル
５ ロボット（移送手段）
６ 分注ヘッド
６ａ，６ｂ フック
６ｃ ノズル部
８ 分注チップ
９ 分注チップ容器
１０ 容器群（吸引容器）
１０ａ，１０ｂ 試薬容器
１０ｃ 標準溶液容器
１１ フィルタ付き容器（吐出容器）
１２ キャリア
１２ａ，１２ｂ 凸部
１３ 真空容器
１３ａ Ｌｏａｄ側
１３ｂ Ｃｏｌｌｅｃｔ側
１４ 廃棄容器
１５ 真空コントローラ
１６ 安全カバー
３０ 固相抽出運転例
５０ ウェル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薬物代謝試験等で検体や試薬、酵素等の分注に用いられる自動分注装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薬物代謝試験に限らず、検体や試薬を分注する作業は頻繁に実施されており、その作業は膨大化する傾向にあって、手作業による人的ミスを排除したいという要望もあり、人手による作業から自動化へと移行しつつある。
【０００３】
分注作業の自動化に当たっては、予め必要な液体を入れた吸引容器を装置内に配置しておき、分注ヘッドに装着された分注チップが液体を吸引できる位置にロボットを移動させ、分注チップ内に所定量の液体を吸引させ、決められた吐出容器に吐出させるという制御を行うのが一般的である。
【０００４】
ここで、試薬液を吐出する際、分注チップの下側先端の吐出口が吐出容器に入っている液面よりも上空になるようにロボットを移動させる必要があるが、分注チップの高さ方向の位置は、液面に対して上空であれば全く問題ないとう訳ではなく、できる限り液面に近づけた状態に移動させることが望ましい。その理由は、液面から離れた位置から吐出した場合、液の飛び散りや液の跳ね返りによって分注の精度が低下するためである。
【０００５】
又、アルコールのように揮発性の高い液体を上空から吐出した場合、液面に到達するまでに液体が蒸発してしまい、分注量が少なくなってしまう。更に、上空から液を落下させるために泡が立ち易くなる。薬物代謝試験のように液と液を混ぜ合わせることによって化学反応を引き起こす試験の場合、泡が立つことによって測定結果に悪影響を及ぼしてしまう。
【０００６】
又、吐出容器に液を一旦吐出した後、その吐出容器から液を吸引し、別の容器に液を移し替えるという作業も一般的に行われるが、泡を吸引してしまうために正確な量を吸引することができない。
【０００７】
そこで、分注量と吐出容器内の液面高さの関係から吐出高さを一定に保つ方法が提案されている（特許文献１参照）。この方法によれば、吐出容器の形状と吐出容器内の液量から液面高さを計算し、分注量と液面高さの関係から、分注チップの下側先端の吐出口と吐出容器の液面との距離を常に一定の距離に制御することができる。
【特許文献１】特開平１１−２８７８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記方法では、液体を吐出する際、分注チップの下側先端の吐出口から連続的に液体が流れ出る訳ではなく、液体の種類によって異なる大きさの液滴となって断続的に吐出容器に落下する。そのため、たとえ分注チップの下側先端の吐出口と吐出容器の液面との距離を所定の距離に制御したとしても、表面張力が大きい液体の場合は液滴が大きく、液滴と液面との距離が小さくなる。場合によっては液滴が液面に触れてしまう、いわゆるコンタミネーションを起こす可能性がある。
【０００９】
一方、表面張力が小さい液体の場合は液滴が小さく、液滴と液面との距離が大きくなり、液滴の大きな液体に比べて、液の飛び散り、液の跳ね返り、蒸発、泡立ちが起こり易くなる。つまり、分注する液体の種類によって条件が異なることになる。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、分注する液体の性質によらず一定の条件で吐出操作を行うことによって、高精度な分注を行うことができる自動分注装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、液体の吸引及び吐出が可能な分注ヘッドと、該分注ヘッドを移動させるための移送手段と、前記分注ヘッドに装着された分注チップに吸引される液体を貯蔵する吸引容器と、液体が吐出される吐出容器とを備えた自動分注装置において、液体を前記吐出容器に吐出する際に、前記分注チップの先端にできる液滴の最下端と前記吐出容器の液面との距離を一定にすることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記分注チップの先端にできる液滴の最下端と前記吐出容器の液面との距離を１０ｍｍ以下とすることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記液滴の大きさを制御装置に入力できることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記液滴の大きさを計算することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、液体を吐出容器に吐出する際に、分注チップの先端にできる液滴の最下端と吐出容器の液面との距離を一定にして吐出動作を行うことができるため、分注する液体の性質によらず一定の条件で吐出操作を行うことができ、高精度な分注が可能となる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、分注チップの先端にできる液滴の最下端と吐出容器の液面との距離を１０ｍｍ以下の微小な距離に設定することによって、液の飛び散り、液の跳ね返り、蒸発、泡立ち等による不具合を最小限に抑えることができる。
【００１７】
請求項３及び４記載の発明によれば、実験条件によらず、分注チップの先端にできる液滴の最下端と吐出容器の液面との距離を一定にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
本実施の形態では、医薬品、農薬、水等に含まれる有機化学成分の分析を行う際に前処理として行なわれる固相抽出工程を実現させる自動分注装置（以下、「自動固相抽出装置」と称す）について説明する。
【００２０】
図１は本発明に係る自動固相抽出装置１の斜視図であり、この自動固相抽出装置１は、自動固相抽出装置本体２と、真空ポンプが内蔵された真空コントローラ１５と、これらを制御する制御装置３で構成されている。制御装置３は、例えば汎用のパーソナル・コンピュータから構成され、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信ケーブル４で自動固相抽出装置本体２及び真空コントローラ１５と接続されている。
【００２１】
自動固相抽出装置本体２には、３次元空間を移動して位置決めが可能な移送手段であるロボット５と、該ロボット５の先端に設けられた分注ヘッド６と、制御装置３に入力された条件に基づいて自動固相抽出装置本体２を駆動する回路部（図示せず）が設けられている。ここで、ロボット５は、各軸互いに直交に構成されたＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸を有し、不図示のステッピングモータによって駆動されて位置決めされるよう構成されている。尚、ロボット５を駆動する駆動モータにサーボモータ等を用いても良い。
【００２２】
図２は自動固相抽出装置本体２の内部構造を示す斜視図である。
【００２３】
分注ヘッド６には、一列に並んで配置された複数の分注チップ８が着脱可能であって、該分注チップ８を装着することにより液体の吸引と吐出を可能としている。例えば、分注ヘッド６は、１２連のシリンジ（図示せず）が１つのステッピングモータで駆動されるよう構成され、そのシリンジ個々の間隔はフィルタ付き容器１１のウェルの間隔と同じ９ｍｍピッチで配置されており、分注チップ８を装着してシリンジを駆動することにより液体の吸引及び吐出動作を実行する。
【００２４】
ロボット５に取り付けられた分注ヘッド６の可動範囲の下方には、分注ヘッド６に装着される分注チップ８をフィルタ付き容器１１のウェルの間隔と同じ９ｍｍピッチで配置できる分注チップ容器９が配置されている。又、試薬が収容された試薬容器１０ａ，１０ｂと、標準溶液と呼ばれる溶液が収容された標準溶液容器１０ｃと、固相抽出を行う前処理として予めサンプルを調製するために使用するサンプル容器１０ｄの４つのプレート容器群１０が配置されている。
【００２５】
前記フィルタ付き容器１１は、真空容器１３の上部に配置されたキャリア１２内に載置されている。そして、キャリア１２の上部左右には、キャリア１２の凸部１２ａ，１２ｂが上向きに取り付けられている。又、分注ヘッド６の左右には、キャリア１２の凸部１２ａ，１２ｂに当接可能なフック６ａ，６ｂが下向きに取り付けられており、ロボット５を移動させて分注ヘッド６のフック６ａ，６ｂをキャリア１２の凸部１２ａ，１２ｂに引っ掛けることによって、キャリア１２を真空容器１３の手前側１３ａと奥側１３ｂに移動させることができる。
【００２６】
ここで、キャリア１２を前後方向に移動させているが、固相抽出においては、フィルタ付き容器１１から真空吸引される液が必要な場合と、不要な場合とがある。そのため、本実施の形態では、真空容器１３の手前側１３ａを不要な液を受ける側（以下、「Ｌｏａｄ側」と称す）、奥側１３ｂを必要な液を受ける側（以下、「Ｃｏｌｌｅｃｔ側」と称す）としている。又、ロボット５を移動させて分注ヘッド６のフック６ａ，６ｂでキャリア１２の凸部１２ａ，１２ｂを押し付けることによって、キャリア１２内に載置されたフィルタ付き容器１１の下面と真空容器１３のＬｏａｄ側１３ａ又はＣｏｌｌｅｃｔ側１３ｂとで形成される空間を密閉し、真空コントローラ１５を制御して前記空間内を真空状態にすることによって、フィルタ付き容器１１内の液体を真空容器１３に真空吸引させる。
【００２７】
又、自動固相抽出装置本体２の内部には、試薬の分注に使用し不要となった分注チップ８を廃棄する廃棄容器１４が配置されている。
【００２８】
ところで、フィルタ付き容器１１には複数個のウェルが縦ｎ個×横ｍ個設けられており、例えば縦１２個×横８個の９６個のウェルが格子状に配列されている。
【００２９】
又、自動固相抽出装置１は、運転中に自動固相抽出装置本体２の内部に手等が入れられないように安全カバー１６で覆われており、自動固相抽出装置１の運転中に安全カバー１６を開けた場合にはロボット５への電源の供給が自動的に遮断される構造が採用されている。
【００３０】
図３は本発明に係る自動固相抽出装置１を用いた具体的な運転工程例３０を示す図である。 自動固相抽出装置１を使用する実験者は、運転を開始する前に図１に示す制御装置３を用いて予め運転工程を決定する。運転工程例３０に示すＳｔｅｐ１は、標準溶液容器１０ｃに予め入れられたＭｅＯＨ溶媒を５０μｌ吸引し、サンプル容器１０ｄの１列目２列目に吐出することを意味している。
【００３１】
図３を用いて自動固相抽出装置１の具体的な動作について説明する。
【００３２】
先ず、分注チップ容器９に入れられた分注チップ８の上側開口部に、分注ヘッド６の下側先端のノズル部６ｃを圧入するようにロボット５を移動させ、分注ヘッド６に分注チップ８を装着する。その後、分注ヘッド６を上空に移動させて分注チップ８の装着を完了する。
【００３３】
次に、ＭｅＯＨ溶媒が入れられている標準溶液容器１０ｃの列に分注ヘッド６を移動させ、該分注ヘッド６を分注チップ８の先端がＭｅＯＨ溶媒に漬かる位置まで下降させる。そして、不図示のシリンジを吸引方向にコントロールして分注ヘッド６に装着された分注チップ８の内部にＭｅＯＨ溶媒を５０μｌ吸引し、分注ヘッド６を上空に移動させてＭｅＯＨ溶媒の吸引を完了する。
【００３４】
次に、サンプル容器１０ｄの１列目に分注ヘッド６を移動させ、シリンジを吐出方向にコントロールして分注チップ８内のＭｅＯＨ溶媒をサンプル容器１０ｄに吐出する。
【００３５】
上記と同様にＭｅＯＨ（メタノール）溶媒を吸引し、サンプル容器１０ｄの２列目に対して吐出作業を行う。この作業が終了した後は分注ヘッド６を廃棄容器１４の上空に移動させ、分注チップ取り外し機構（図示せず）を用いて不要となった分注チップ８を分注ヘッド６から取り外すことによってＳｔｅｐ１の工程を終了する。
【００３６】
Ｓｔｅｐ２〜Ｓｔｅｐ６までの工程は、試薬が異なることによる吸引する位置の違いや、分注する量、吐出する位置や列数に違いがあるものの、分注チップ８の装着から試薬の吸引、試薬の吐出、分注チップ８の廃棄に至るまでの流れは上記したＳｔｅｐ１の場合と同様である。
【００３７】
次に、Ｓｔｅｐ７「試薬→Ｌｏａｄに分注→真空吸引」の自動固相抽出装置１の動作について説明する。
【００３８】
先ず、キャリア１２が真空容器１３のＬｏａｄ側１３ａに移動していなければならない。キャリア１２がＬｏａｄ側１３ａに無い場合、分注ヘッド６のフック６ａ，６ｂをキャリア１２の凸部１２ａ，１２ｂに引っ掛けてＬｏａｄ側１３ａへと移動させる。ここで、分注チップ８を装着した状態では、分注ヘッド６のフック６ａ，６ｂがキャリア１２の凸部１２ａ，１２ｂに接触する前に分注チップ８がフィルタ付き容器１１に衝突してしまうため、分注チップ８を装着する前にキャリア１２の移動を行うようにしている。
【００３９】
次に、Ｓｔｅｐ１の場合と同様に、分注チップ容器９に入れられた分注チップ８の上側開口部に、分注ヘッド６の下側先端のノズル部６ｃを圧入するようにロボット５を移動させ、分注ヘッド６に分注チップ８を装着する。その後、分注ヘッド６を上空に移動させて分注チップ８の装着を完了する。
【００４０】
次に、分注する試薬ＭｅＯＨが入れられている試薬容器１０ａ又は１０ｂの列に分注ヘッド６を移動させ、分注チップ８の先端がＭｅＯＨに漬かる位置まで分注ヘッド６を下降させる。そして、不図示のシリンジを吸引方向にコントロールして分注ヘッド６に装着された分注チップ８の内部にＭｅＯＨを５００μｌ吸引し、分注ヘッド６を上空に移動させてＭｅＯＨの吸引を完了する。
【００４１】
次に、真空容器１３のＬｏａｄ側１３ａに移動してあるキャリア１２に載置されたフィルタ付き容器１１の１列目に分注ヘッド６を移動させ、シリンジを吐出方向にコントロールして分注チップ８内のＭｅＯＨをフィルタ付き容器１１に吐出する。
【００４２】
上記と同様にＭｅＯＨを吸引し、フィルタ付き容器１１の２列目に吐出作業を行う。以下同様にＭｅＯＨをフィルタ付き容器１１の３列目〜１２列目まで分注し、終了後は分注ヘッド６を廃棄容器１４上空に移動させ、分注チップ取り外し機構（図示せず）を用いて不要となった分注チップ８を分注チップ６から取り外す。
【００４３】
次に、ロボット５を移動させて分注ヘッド６のフック６ａ，６ｂでキャリア１２の凸部１２ａ，１２ｂを押し付けることによって、Ｌｏａｄ側１３ａにあるキャリア１２内に載置されたフィルタ付き容器１１の下面と真空容器のＬｏａｄ側１３ａとで形成される空間を密閉する。この状態から、真空コントローラ１５内の真空ポンプを駆動し、前記空間内を真空状態にしてフィルタ付き容器１１内の液体を真空容器１３のＬｏａｄ側１３ａに真空吸引する。この状態を１分間保持した後、真空コントローラ１５は真空ポンプの運転を停止させ、分注ヘッド６を上空に移動させてＳｔｅｐ７の工程を終了する。
【００４４】
Ｓｔｅｐ８〜Ｓｔｅｐ１２までの工程は、分注する試薬等を吸引する位置が異なる（試薬薬容器１０ａ又は１０ｂ、サンプル容器１０ｄ）、分注量が異なる、フィルタ付き容器１１の位置（即ち、キャリア１２の位置）が異なるものの、キャリア１２の移動、分注チップ８の装着、試薬の吸引、試薬の吐出、分注チップ８の廃棄、キャリア１２の凸部１２ａ，１２ｂの押し付け、真空コントローラ１５の制御に至るまでの流れは前記したＳｔｅｐ７の場合と同様である。
【００４５】
最終的に、Ｓｔｅｐ１２でフィルタ付き容器１１が載っているキャリア１２を真空容器１３のＣｏｌｌｅｃｔ側１３ｂに移動させ、真空容器１３のＣｏｌｌｅｃｔ側１３ｂで真空吸引し、吸引された液が固相抽出した結果として回収容器１３ｃに回収され、この液を検出器（例えば、示差屈折検出器、紫外吸収検出器、紫外分光光度計、蛍光光度計等）に掛けて成分を分析する。
【００４６】
以上が自動固相抽出装置１の運転の一連の流れである。
【００４７】
図４は分注チップ８から液体が吐出される様子を示したモデル図である。
【００４８】
液体は分注チップ８から連続的に流れ出る訳ではなく、或る大きさの液滴となって断続的に落下する。その液滴の高さ方向の長さＨは、分注チップ８の下側先端の吐出口の径と、吐出速度、吐出する液体の性質（粘度、表面張力等）、更には雰囲気温度によって一義的に決まる。
【００４９】
本実施の形態において、実験により測定した液滴の長さＨは、或る一定の吐出速度及び雰囲気温度において、例えば水の場合が約４ｍｍ、メタノールの場合が約２ｍｍ、血漿サンプルの場合が約５ｍｍであった。図３に示す運転工程例３０を設定する際、実験者が分注する液体の種類や分注するエリア等を設定・選択する他に、設定項目の１つとしてこの液体の種類に応じた液滴の長さＨを設定できるようにし、吐出動作時の分注ヘッド６の高さ方向の移動量の計算に使用する。
【００５０】
当然ながら、初めて使用する液体の場合には液滴の長さＨが不明であるが、液体の性質を水系、アルコール系、サンプル系というように分類することによって、容易に液滴の長さＨを入力することができる。又、試運転を行って吐出時の様子を観察し、液滴の長さＨを補正することも可能である。
【００５１】
又、前述のように液滴の長さＨを実験者が制御装置３に対して直接設定するのではなく、分注チップ８の径と吐出速度、雰囲気温度から決まる係数を予め固定の数値として制御装置３に記憶させておき、実験者が液体の種類を入力するだけで液滴の長さＨを自動的に計算する方法を採用しても良い。この場合、雰囲気温度は実験者が制御装置３に入力する方法であっても、自動分注装置１に雰囲気温度を測定する機能を持たせる方法であっても構わない。
【００５２】
図５は、分注チップ８から、吐出容器であるサンプル容器１０ｄの１ウェル分５０に液体を吐出する様子を示した図である。
【００５３】
図５には、例として落下する際の液滴が小さい液体（例えば、メタノール）を吐出した場合５１（液滴の長さをＨ１とする）と、落下する際の液滴が大きい液体（例えば、血漿サンプル）を吐出した場合５２（液滴の長さをＨ２とする）を示している。
【００５４】
而して、何れの場合も、分注チップ８の先端にできた落下直前の液滴の最下端と、ウェル５０内の液面との距離Ｌが一定になるように、分注ヘッド６の高さ方向の移動量を制御する。この距離Ｌを１０ｍｍ以下の微小な距離に設定することによって、液の飛び散り、液の跳ね返り、蒸発、泡立ち等による不具合を最小限に抑えることができる。
【００５５】
ここで、ウェル５０内の液面の高さは液量の変化に伴い常に変動していることになるが、ウェル５０の形状とウェル５０内の液量の関係から液面高さを計算し、分注量と液面高さに応じて分注ヘッド６の高さ方向の移動量を補正する方法については特許文献１に記載があるように公知である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る自動分注装置の一形態としての自動固相抽出装置の斜視図である。
【図２】本発明に係る自動固相抽出装置の本体内部の構成を示す斜視図である。
【図３】固相抽出運転例を示す図である。
【図４】分注チップから液体が吐出される様子を示したモデル図である。
【図５】分注チップと液滴及び液面の位置関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 自動固相抽出装置（自動分注装置）
２ 自動固相抽出装置本体
３ 制御装置
４ 通信ケーブル
５ ロボット（移送手段）
６ 分注ヘッド
６ａ，６ｂ フック
６ｃ ノズル部
８ 分注チップ
９ 分注チップ容器
１０ 容器群（吸引容器）
１０ａ，１０ｂ 試薬容器
１０ｃ 標準溶液容器
１１ フィルタ付き容器（吐出容器）
１２ キャリア
１２ａ，１２ｂ 凸部
１３ 真空容器
１３ａ Ｌｏａｄ側
１３ｂ Ｃｏｌｌｅｃｔ側
１４ 廃棄容器
１５ 真空コントローラ
１６ 安全カバー
３０ 固相抽出運転例
５０ ウェル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の吸引及び吐出が可能な分注ヘッドと、該分注ヘッドを移動させるための移送手段と、前記分注ヘッドに装着された分注チップに吸引される液体を貯蔵する吸引容器と、液体が吐出される吐出容器とを備えた自動分注装置において、
液体を前記吐出容器に吐出する際に、前記分注チップの先端にできる液滴の最下端と前記吐出容器の液面との距離を一定にすることを特徴とする自動分注装置。
【請求項２】
前記分注チップの先端にできる液滴の最下端と前記吐出容器の液面との距離を１０ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１記載の自動分注装置。
【請求項３】
前記液滴の大きさを制御装置に入力できることを特徴とする請求項１記載の自動分注装置。
【請求項４】
前記液滴の大きさを計算することを特徴とする請求項１記載の自動分注装置。
【請求項１】
液体の吸引及び吐出が可能な分注ヘッドと、該分注ヘッドを移動させるための移送手段と、前記分注ヘッドに装着された分注チップに吸引される液体を貯蔵する吸引容器と、液体が吐出される吐出容器とを備えた自動分注装置において、
液体を前記吐出容器に吐出する際に、前記分注チップの先端にできる液滴の最下端と前記吐出容器の液面との距離を一定にすることを特徴とする自動分注装置。
【請求項２】
前記分注チップの先端にできる液滴の最下端と前記吐出容器の液面との距離を１０ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１記載の自動分注装置。
【請求項３】
前記液滴の大きさを制御装置に入力できることを特徴とする請求項１記載の自動分注装置。
【請求項４】
前記液滴の大きさを計算することを特徴とする請求項１記載の自動分注装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−７８４７０（Ｐ２００７−７８４７０Ａ）
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２６５５４５（Ｐ２００５−２６５５４５）
【出願日】平成１７年９月１３日（２００５．９．１３）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月１３日（２００５．９．１３）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【Ｆターム（参考）】
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