CN111788296A - 细胞处理方法、装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于实现构成简单且合理的细胞处理方法、装置及系统。所述系统是用于通过使收纳有液体的注液量固定的注液容器绕与注液容器的长轴垂直的轴旋转来注入液体的机器人系统，所述系统的特征在于，执行下述控制：注液开始控制，使注液容器绕规定的轴旋转；注液控制，使旋转停止规定时间而注入液体；以及注液结束控制，使注液容器绕规定的轴反向旋转，其中，规定时间基于实时测得的注液流量Q[ml/s]来计算。

Description

细胞处理方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及细胞处理方法、装置及系统。
背景技术
近年来，为了修复损伤的组织等，进行了移植各种细胞的尝试。例如，为了修复因心绞痛、心肌梗塞等缺血性心脏病而导致损伤的心肌组织，尝试利用了胎儿心肌细胞、骨骼肌成肌细胞、间充质干细胞、心脏干细胞、ES细胞、心肌细胞等。作为如上所述的尝试的一环，开发出了利用支架(scaffold)形成的细胞结构物、使细胞形成为片状而得的片状细胞培养物。
这些细胞培养物以往在被称为细胞培养中心(CPC：Cell Processing Center)的洁净室中由具有专业知识的作业者通过手动作业来制造，这样的细胞培养物的制造费用高及制造所花费的劳力大，期望其更为高效。为此，提出利用多关节型机器人来进行有关这些细胞培养的作业的自动细胞培养装置(专利文献1)。然而，存在难以使在细胞培养中依赖于作业者技艺的复杂作业自动化等问题。
在细胞培养中，包含废液作业、注液作业等的培养基更换工序是依赖于作业者技艺的工序，例如在注液作业中包括：基于移液器的培养液的抽吸·注液作业、擦拭液体滴落的培养液的作业、移液器的更换作业等高等作业。尤其在用移液器抽吸注液瓶内的培养液而向培养烧瓶等中注液的情况下，存在复杂的移液器操作花费时间、从移液器前端滴落液体的风险高这样的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开2016/104666
发明内容
发明要解决的课题
在这样的情况下，本申请的发明人在开发用于高效地进行细胞处理的手段时，面临着尤其是依赖于作业者的高超技艺的注液作业难以高效且迅速地实施等问题。因此，本发明的目的在于解决此类问题而实现构成简单且合理的细胞处理方法、装置及系统。
用于解决课题的手段
本申请的发明人在为了解决上述课题而进行深入研究的过程中，着眼于在迅速进行注液作业的情况下发生液体滴落、注液量的偏差等问题。进一步进行了研究，结果发现可以通过利用限制注液的手段来解决上述问题，从而完成了本发明。
即本发明涉及以下内容。
[1]安装于注液容器而使用的装置，其包括：能够装卸自如地安装于注液容器的盖体、能够嵌入于在盖体设置的第1贯通孔的注液管、和能够嵌入于在盖体设置的第2贯通孔的吸气管。
[2]根据[1]所述的装置，其构成为在注液容器中安装有装置的状态下从盖体向注液容器内突出的吸气管的下端被配置成接近盖体。
[3]根据[1]或[2]所述的装置，其中，在吸气管上设有单向阀(check-valve)。
[4]根据[1]～[3]中任一项所述的装置，其中，第1贯通孔设置于盖体的周缘部附近。
[5]用于注入液体的方法，其包括：(a)准备收纳有液体的注液容器的步骤；(b)将包含能够装卸自如地安装于注液容器的盖体、嵌入于在盖体设置的第1贯通孔的注液管、和嵌入于在盖体设置的第2贯通孔的吸气管的装置安装于注液容器的步骤；(c)使注液容器旋转而经由注液管注入液体的步骤；以及(d)使注液容器反向旋转而结束注液的步骤。
[6]根据[5]所述的方法，其还包括重复步骤(c)及步骤(d)而连续地进行多次注液作业的步骤(e)。
[7]根据[5]或[6]所述的方法，其中，在步骤(c)之后且步骤(d)之前，还包括(f)由注液时间判定注液量的步骤。
[8]安装于注液容器而使用的装置，其包含：能够装卸自如地安装于注液容器的盖体、能够嵌入于在盖体设置的第1贯通孔的注液管、和能够嵌入于在盖体设置的第2贯通孔的吸气管，所述装置构成为在注液容器中安装有装置的状态下从盖体向注液容器内突出的吸气管的下端被配置成接近注液容器的底面。
[9]根据[8]所述的装置，其中，在吸气管上设有单向阀。
[10]根据[8]或[9]所述的装置，其中，第1贯通孔设置于盖体的周缘部附近。
[11]根据[8]～[10]中任一项所述的装置，其中，注液容器是用于收纳培养基而注液的容器，注液通过使注液容器旋转来进行。
[12]用于进行培养基的注液的方法，其包括：(a)准备收纳有培养基的注液容器的步骤；(b)将包含能够装卸自如地安装于注液容器的盖体、嵌入于在盖体设置的第1贯通孔的注液管、和嵌入于在盖体设置的第2贯通孔的吸气管的装置安装于注液容器的步骤；(c)使注液容器旋转而经由注液管注入培养基的步骤；以及(d)使注液容器反向旋转而结束注液的步骤。
[13]根据[12]所述的方法，其还包括重复步骤(c)及步骤(d)而连续地进行多次注液作业的步骤(e)。
[14]根据[12]或[13]所述的方法，其中，在步骤(c)之后且步骤(d)之前，还包括(f)判定注液量的步骤。
[15]机器人系统，其用于通过使收纳有液体的注液容器绕与注液容器的长轴垂直的轴旋转来注入液体，所述系统的特征在于，执行下述控制：注液开始控制，使注液容器绕规定的轴旋转；注液控制，使旋转停止规定时间而注入液体；以及注液结束控制，使注液容器绕规定的轴反向旋转，其中，在注液容器中安装有下述装置，所述装置包含能够装卸自如地安装于注液容器的盖体、能够嵌入于在盖体设置的第1贯通孔的注液管、和能够嵌入于在盖体设置的第2贯通孔的吸气管，规定的轴设置于注液管的前端部。
[16]根据[15]所述的机器人系统，其特征在于，在规定的轴上设定有控制机器人系统的位置·姿势的坐标系(TCP)。
[17]根据[15]或[16]所述的机器人系统，其特征在于，注液容器的旋转经由在机器人系统的末端执行器(end effector)所握持的盖体来进行。
[18]根据[15]～[17]中任一项所述的机器人系统，其构成为在注液容器中安装有装置的状态下从盖体向注液容器内突出的吸气管的下端被配置成接近盖体。
[19]根据[15]～[18]中任一项所述的机器人系统，其特征在于，对细胞培养瓶进行注液，规定的轴与细胞培养瓶的培养面平行，细胞培养瓶以培养面朝上的方式倾斜地配置。
[20]注入液体的方法，其通过使收纳有液体的注液容器绕与注液容器的长轴垂直的轴旋转来注入液体，所述方法的特征在于，包括下述步骤：注液开始步骤，使注液容器绕规定的轴旋转；注液步骤，使旋转停止规定时间而注入液体；以及注液结束步骤，使注液容器绕规定的轴反向旋转，注液容器安装有下述装置，所述装置包含能够装卸自如地安装于注液容器的盖体、能够嵌入于在盖体设置的第1贯通孔的注液管、和能够嵌入于在盖体设置的第2贯通孔的吸气管，其中，规定的轴设定于注液管的前端部。
[21]用于控制机器人的程序，所述机器人用于通过使收纳有液体的注液容器绕与注液容器的长轴垂直的轴旋转来注入液体，所述程序的特征在于，使计算机执行下述控制：注液开始控制，使注液容器绕规定的轴旋转；注液控制，使旋转停止规定时间而注入液体；以及注液结束控制，使注液容器绕规定的轴反向旋转，其中，注液容器安装有下述装置，所述装置包含能够装卸自如地安装于注液容器的盖体、能够嵌入于在盖体设置的第1贯通孔的注液管、和能够嵌入于在盖体设置的第2贯通孔的吸气管，规定的轴设置于注液管的前端部。
[22]机器人系统，其用于通过使收纳有液体的注液量固定的注液容器绕与注液容器的长轴垂直的轴旋转而注入液体，所述系统的特征在于，执行下述控制：注液开始控制，使注液容器绕规定的轴旋转；注液控制，使旋转停止规定时间而注入液体；以及注液结束控制，使注液容器绕规定的轴反向旋转，其中，规定时间基于实时测得的注液流量Q[ml/s]来计算。
[23]根据[22]所述的系统，其特征在于，规定时间还基于在反向旋转中直至液体不再被注入为止的时间ΔT来计算。
[24]根据[22]或[23]所述的系统，其特征在于，规定时间还基于相对于未实施注液结束步骤时的注液量而言的、实施了注液结束步骤时的最终注液比率X％来计算。
[25]根据[22]～[24]中任一项所述的系统，其特征在于，注液容器安装有下述装置，所述装置包含：能够装卸自如地安装于注液容器的盖体、能够嵌入于在盖体设置的第1贯通孔的注液管、和能够嵌入于在盖体设置的第2贯通孔的吸气管，其中，规定的轴设置于注液管的前端部。
[26]根据[25]所述的系统，其构成为在注液容器中安装有装置的状态下从盖体向注液容器内突出的吸气管的下端被配置成接近盖体。
[27]根据[22]～[26]中任一项所述的系统，其构成为随着注液容器内的液体剩余量变少而推迟注液结束控制的开始时刻。
[28]注入液体的方法，其通过使收纳有液体的注液量固定的注液容器绕与注液容器的长轴垂直的轴周旋转来注入液体，所述方法的特征在于，包括下述步骤：注液开始步骤，使注液容器绕规定的轴旋转；注液步骤，使旋转停止规定时间而注入液体；以及注液结束步骤，使注液容器绕规定的轴反向旋转，其中，规定时间基于实时测得的注液流量Q[ml/s]来计算。
[29]用于控制机器人的程序，所述机器人用于通过使收纳有液体的注液量固定的注液容器绕与注液容器的长轴垂直的轴旋转而注入液体，所述程序的特征在于，使计算机执行下述控制：注液开始控制，使注液容器绕规定的轴旋转；注液控制，使旋转停止规定时间而注入液体；以及注液结束控制，使注液容器绕规定的轴反向旋转，其中，规定时间基于实时测得的注液流量Q[ml/s]来计算。
发明效果
根据本发明，通过利用限制注液的手段，能够高效且迅速地进行高精度的注液作业，能够防止液体滴落的发生，因此适合于洁净室等中的细胞培养物的制造。
附图说明
图1表示本发明的第1实施方式涉及的装置1的概略图。
图2表示对使用了图1的装置1的注液作业进行说明的示意图。
图3表示对收纳容器10的配置进行说明的概念图。
图4表示本发明的第2实施方式涉及的机器人系统的概念图。
图5表示对图4的机器人系统的动作进行说明的示意图。
图6表示第3实施方式涉及的机器人系统的概念图。
图7表示培养基更换工序的流程图。
图8表示注液动作中的注液量和时间的图表。
图9表示注液动作中的注液速度和时间的图表。
图10表示注液结束动作开始后的注液量的预测方法。
图11表示参数的导出和有效性测试的流程图。
图12表示注液结束动作开始时刻的预测流程图。
图13表示注液作业中的注液量与时间的图表。
图14表示注液作业的有效性测试结果。
图15表示所制作的吸气管和注液管。
图16表示吸气管的内径和注液速度和时间的图表。
图17表示注液管的内径和注液速度和时间的图表。
图18表示注液作业中的注液量和时间的图表。
图19表示注液管内径和注液量的图表。
图20表示注液管长与注液时间的关系。
图21表示注液量和相对于目标值而言的差异的图表。
图22表示注液量和注液精度的图表。
图23表示注液结束动作开始时的剩余量和与目标值的差异的图表。
具体实施方式
就构成本发明中的液体的成分而言，可列举例如水、生理盐水、生理缓冲液(例如，HBSS、PBS、EBSS、Hepes、碳酸氢钠等)、培养基(例如，DMEM、MEM、F12、DMEM/F12、DME、RPMI1640、MCDB、L15、SkBM、RITC80-7、IMDM等)、糖液(蔗糖溶液、Ficoll-paque(注册商标)PLUS等)、海水、含有血清的溶液、Renographin(注册商标)溶液、甲泛葡胺(Metrizamide)溶液、葡甲胺(meglumine)溶液、甘油、乙二醇、氨、苯、甲苯、丙酮、乙醇、粗苯(benzol)、油、矿物油、动物油脂、植物油、橄榄油、胶体溶液、液体石蜡、松节油(turpentine oil)、亚麻籽油、蓖麻油等。
本发明中的收纳容器并无特别限定，可列举例如细胞培养容器、贴壁细胞用的细胞培养瓶、悬浮细胞用的细胞培养瓶等。所谓细胞培养瓶，是指下述容器：具有大致矩形的主体部分，对主体部分的至少一个平坦面实施细胞培养所需的表面处理，并且使细胞培养面朝下而重叠多个，由此能够进行多段培养。
本发明中的注液容器只要是能够收纳向收纳容器注入的培养基等的容器即可，则并无特别限定，可列举例如摇瓶、锥形瓶、滚瓶、注液瓶、烧杯、培养基瓶、方型培养基瓶、灭菌瓶、无菌瓶等。
本发明中的机器人并无特别限定，可列举例如直线运动·旋转装置、机械手(manipulator)、多关节机器人等。作为多关节机器人，可列举双轴多关节机器人、三轴多关节机器人、四轴多关节机器人、五轴多关节机器人、六轴多关节机器人、七轴多关节机器人等。
在本发明中所谓“规定的轴”，是指在使注液容器旋转时成为旋转中心的轴，在注液容器为通常的纵长容器的情况下，规定的轴设定为与容器的长轴垂直的轴。
在本发明中所谓“TCP”，是指工具中心点(Tool Center Point)，是指用于表现位于机器人前端部的工具、夹持器、作业对象物等控制对象物的位置、姿势的坐标系。TCP例如可以设定成末端执行器(夹持器、工具等)、作业对象物(烧瓶、瓶等)等的任意的位置、姿势(适合于动作、控制的位置、姿势)，如果是六轴多关节机器人，则通常对机器人第6轴的坐标系进行定义。
在本发明中，所谓“绕规定的轴旋转”，是指使对象物以规定的轴为中心进行旋转。例如在将规定的轴设定于注液容器的开口部的一端的情况下，仅以所述一端为中心的旋转动作，便能进行注液容器内的液体的排出。另外，例如即使在将规定的轴设定为注液容器的中心(重心)的情况下，也可以将注液容器的绕中心轴的旋转动作与圆弧轨道的平移动作组合，如上述那样以注液容器的开口部的一端为中心使注液容器旋转。
另外，例如在机器人为多关节机器人的情况下，通过使规定的轴和TCP对应，从而能够使机器人控制更为高效。在机器人为例如六轴多关节机器人的情况下，通过使第6轴的旋转轴与TCP的旋转轴平行，从而利用第6轴的旋转动作和第1～5轴的略微的动作便能如上述那样使注液容器旋转，进而，在使第6轴的旋转轴与TCP的旋转轴一致的情况下，仅以第6轴的旋转动作便能如上述那样使注液容器旋转。
作为本发明中的细胞的例子，并无限定，包括贴壁细胞(粘附性细胞)。贴壁细胞包括例如贴壁性的体细胞(例如，心肌细胞、成纤维细胞、上皮细胞、内皮细胞、肝细胞、胰细胞、肾细胞、肾上腺细胞、牙周韧带细胞、牙龈细胞、骨膜细胞、皮肤细胞、滑膜细胞、软骨细胞等)及干细胞(例如，成肌细胞、心脏干细胞等组织干细胞、胚胎干细胞、iPS(inducedpluripotent stem)细胞等多能性干细胞、间充质干细胞等)等。体细胞可以是由干细胞、尤其是iPS细胞分化而成的细胞。作为能够形成片状细胞培养物的细胞的非限定性例子，可列举例如成肌细胞(例如，骨骼肌成肌细胞等)、间充质干细胞(例如，源于骨髓、脂肪组织、外周血、皮肤、毛根、肌肉组织、子宮内膜、胎盘、脐带血的细胞等)、心肌细胞、成纤维细胞、心脏干细胞、胚胎干细胞、iPS细胞、滑膜细胞、软骨细胞、上皮细胞(例如，口腔黏膜上皮细胞、视网膜色素上皮细胞、鼻黏膜上皮细胞等)、内皮细胞(例如，血管内皮细胞等)、肝细胞(例如，肝实质细胞等)、胰细胞(例如，胰岛细胞等)、肾细胞、肾上腺细胞、牙周韧带细胞、牙龈细胞、骨膜细胞、皮肤细胞等。在本发明中，优选形成单层的细胞培养物的细胞、例如成肌细胞或心肌细胞等，特别优选骨骼肌成肌细胞或来源于iPS细胞的心肌细胞。
以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细地说明。
〔第1实施方式〕
本发明的一个方面涉及安装于注液容器而使用的装置，其包含：能够装卸自如地安装于注液容器的盖体、能够嵌入于在盖体设置的第1贯通孔的注液管、和能够嵌入于在盖体设置的第2贯通孔的吸气管。
首先，对本发明的第1实施方式进行说明。
图1表示本发明的第1实施方式涉及的装置1的概略图，图2表示对使用了图1的装置1的注液作业进行说明的示意图，图3表示对收纳容器10的配置进行说明的概念图。在本实施方式中，液体是培养基，注液容器30是收纳培养基的注液瓶，收纳容器10是细胞培养瓶，注液作业以在洁净室内进行的情况来进行说明。
需要说明的是，在本申请的各图中，为了便于说明，适当强调了各部件的大小，图示的各部件并不表示实际的大小。
如图1所示，本发明的第1实施方式涉及的装置1包含：能够装卸自如地安装于收纳有培养基的具有开口部32的注液容器30的口部33的盖体5；能够嵌入于在盖体5的顶板部50设置的第1贯通孔51的注液管6；和能够嵌入于在盖体5的顶板部50设置的第2贯通孔52的吸气管7。顶板部50是能够覆盖注液容器30的开口部32的圆盘状，具有自周缘部向下延伸的筒状裙壁53。在筒状裙壁53的内周面设有内螺纹(未图示)，可以使其与在注液容器30的口部33的外周面设置的外螺纹(未图示)螺合。
第1贯通孔51配置于顶板部50的周缘部附近，构成为：在注液容器30上安装有盖体5的状态下，将嵌入至第1贯通孔51的注液管6配置于注液容器30的口部33的内周面附近，在倾斜注液容器30而排出培养基时，在注液容器30内液体以不残留的方式被排出。注液管6的长度并无特别限定，可优选为0～100mm，更优选为20mm～70mm，进一步优选为30～60mm，内径优选为1～10mm、更优选为3～5mm。对于注液管6在嵌入至第1贯通孔51时从顶板部50突出的长度，并无特别限定，可设定成优选为0～100mm，更优选为10～40mm。注液管6的每单位时间的流量可以为1.0ml/s～20ml/s，优选为2.0ml/s～15ml/s，进一步优选为2.5ml/s～10.3ml/s。对于注液管6的内径与流量的组合而言，在内径为3mm～5mm的范围时，可以以使流量成为2.0ml/s～10.0ml/s的范围的方式进行设定。进而，如果假定流量与内径的截面积成正比，则在内径为6mm～10mm的范围时，可以以使流量成为约15ml/s～40ml/s的范围的方式进行设定。关于注液管的长度、内径、流量，只要每单位时间的流量固定，就能自由地选择及组合。
吸气管7的长度并无特别限定，可优选为0～100mm，更优选为10～60mm，内径优选为0.5～10mm，更优选为2～4mm。另外，优选使其相较于注液管而言为细径。关于吸气管7在嵌入至第2贯通孔52时从顶板部50突出的长度，只要是吸气管7的下端71被配置成接近盖体5的顶板部50的长度，则并无特别限定，可优选为0～100mm，更优选为0～40mm。在吸气管7上设有单向阀71，构成为来自注液容器30的外侧的空气能够通过，而来自注液容器30的内侧的培养基不能通过。需要说明的是，单向阀可以配置于注液容器30的内侧。另外，注液管6、吸气管7可以与盖体5一体地形成。
如图2所示，在使用装置1时，在收纳有培养基的注液容器30上安装装置1并使其倾斜，将注液管6的前端部61定位于收纳容器10的开口部12的注液容器30侧。此时，优选构成为：以注液管6(第1贯通孔)成为比吸气管7(第2贯通孔)更靠下侧的方式旋转并定位，由此在倾斜注液容器30时液体向注液管6侧而非吸气管7侧移动。而且，以注液管6的前端部61作为旋转轴，使注液容器30向箭头方向旋转，使注液容器30内的培养基向装置1侧移动(注液开始动作)。若使注液容器30的开口部32位于下侧并使旋转停止规定时间，则培养基从注液管6排出而注入收纳容器10(注液动作)。当收纳容器10内的注液量达到规定量时，则使注液容器30向与箭头方向相反的方向反向旋转而使其停止，使培养基向装置1的相反侧移动，由此结束注液(注液结束动作)。
在注液动作中，培养基从注液管6排出(注液)的注液量和从吸气管7流入的空气的吸气量相同。而且，注液量及吸气量受到注液管6的尺寸、吸气管7的尺寸等限制，因此相较于不使用管的情况，注液量受到限制(限制注液的手段)。另外，向注液容器30内流入的空气成为连续的气泡，若每单位时间的吸气量固定，则每单位时间的注液量也固定。在该情况下，注液作业的注液时间与注液量成正比，因此也可以通过事先测定注液量与注液需要的时间的关系，基于测定结果而由注液时间判定注液量，由此进行高精度的注液作业。
一般而言，在注液容器30内部的空气向大气压开放的情况下，注液容器30的培养基的量越多，每单位时间的注液量也越多，在本发明的构成的情况下，注液容器30内部的空气在注液时不会被敞开向大气压开放，而变成负压。注液容器30的培养基的量越多，注液容器30内部的空气的负压越大，因此相较于注液容器30内部的空气向大气压开放的情况而言，每单位时间的注液量变少。在注液的同时空气也连续地进入注液容器30内部，由此注液容器30内部的空气的压力逐渐接近于大气压。基于这些影响而使每单位时间的注液量变得固定。
以往，例如在向培养烧瓶注入75ml培养基的情况下，需要重复下述的繁琐的作业：向注液瓶中插入移液器而抽吸培养基，以目视确认到75ml的量后，移动移液器而向培养烧瓶中注液。另一方面，通过使用本发明的装置1，例如在收纳有480ml左右的培养基的注液容器30上安装装置1，仅以事先测定的75ml的注液所需的时间进行注液动作，可以一边更换6个收纳容器10一边连续地(6次)进行该注液动作。由此，可以将以往的繁琐作业置换为重复注液容器30的旋转动作这样的简单作业，不需要移液器的操作、移动、量的目视确认等，可以大幅地缩短注液作业所花费的时间。
另外，以往在使用移液器的情况下，培养基的抽吸和排出经由1个流路来进行，因此因误操作等而发生液体滴落。另一方面，通过使用本发明的装置，从而不需要培养基的抽吸作业，培养基的排出、和空气的吸入以独立的流路进行，因此可以将液体滴落的发生抑制为最小限。进而，通过使用本发明的装置，从而培养基的注液经由管来进行，因此培养基的注液方向、注液范围受到管的突出方向、口径的限制(限制注液的手段)。由此，注液的瞄准精度提高，例如可以相对于如细胞培养瓶的开口部那样的、具有小开口部的收纳容器准确地对准而进行注液作业，可以将液体滴落的发生抑制为最小限。
而且，注入培养基的收纳容器10的配置可以采取各种形式。例如在收纳容器10为细胞培养瓶的情况下，优选如图3A所示那样以使主面14、15与旋转轴平行的方式进行配置。另外，也可以将收纳容器10设置于基座S等并使收纳容器10的主面14(培养面)朝上而倾斜地配置。由此，从注液管6排出的培养基沿着倾斜面流入，因此不容易起泡。同样，也可以如图3B所示那样以将收纳容器10配置成直立姿势并且使主面14(培养面)面向注液容器30的近位侧、主面15侧面向远位侧的方式进行配置。由此，培养基沿着口部13的一侧与主面15的高低差小的部分流入，不仅不容易起泡，而且培养基不会直接接触主面14(培养面)。
如上所述，在将吸气管7的下端71配置成接近盖体5的顶板部50的情况下，在培养基中产生连续的气泡，但通过延长吸气管7突出的长度，也可以构成为使得注液容器30内不产生气泡，不易引起培养基的起泡。即构成为：在倾斜注液容器30而使培养基向装置1侧移动时，在注液容器30的底面侧形成空气层，使所述空气层位于吸气管7的下端71。此时的吸气管7从顶板部50突出的长度只要是将吸气管7的下端71配置成接近注液容器30的底面的长度，则并无特别限定，可以设为自注液容器30的底面起优选0～100mm、更优选0～50mm为止的长度。而且，如上述那样事先测定注液量与注液所需的时间的关系，并基于测定结果由注液时间判定注液量，由此也可以进行高精度的注液作业。
以上，根据本发明的第1实施方式涉及的注液装置1，通过利用限制注液的手段，从而能高效且迅速地进行高精度的注液作业，可以防止液体滴落的发生，因此适合于洁净室等中的细胞培养物的制造。
〔第2实施方式〕
本发明的另一方面涉及机器人系统，其用于通过使收纳有液体的注液容器绕与注液容器的长轴垂直的轴旋转来注入液体，所述系统的特征在于，执行下述控制：注液开始控制，使注液容器绕规定的轴旋转；注液控制，使旋转停止规定时间而注入液体；以及注液结束控制，使注液容器绕规定的轴反向旋转，其中，在注液容器中安装有下述装置，所述装置包含：能够装卸自如地安装于注液容器的盖体、能够嵌入于在盖体设置的第1贯通孔的注液管、和能够嵌入于在盖体设置的第2贯通孔的吸气管，规定的轴设置于注液管的前端部。
接着，对本发明的第2实施方式进行说明。
图4表示本发明的第2实施方式涉及的机器人系统的概念图，图5表示对图4的机器人系统的动作进行说明的示意图。需要说明的是，为了便于说明，适当强调了各部件的大小，图示的各部件并不表示实际的大小。
另外，图中对与第1实施方式涉及的装置1的构成相同的构成标注相同的符号，以下，对与第1实施方式的不同点进行详细说明，对于同样的事项，省略说明。
如图4所示，机器人20是配置于基台的、6轴垂直多关节型机器人。机器人20具有：能够相对于基台旋转的基底21；与基底21连接，且能够相对于基底21的旋转方向的垂直轴倾转的第1臂22；与第1臂22的前端侧连接，且能够相对于第1臂倾转的第2臂基端部23；与第2臂基端部23的前端侧连接，且能够相对于第2臂基端部23的轴向旋转的第2臂前端部24；与第2臂前端部24的前端侧连接，且能够相对于第2臂前端部24的轴向倾转的手部25；以及与手部25连接的夹持器26(末端执行器)。需要说明的是，手部25构成为能够沿着其轴向旋转。
另外，机器人20能够与控制装置40通信，所述控制装置40具备对记录有机器人20的控制步骤的程序进行存储的存储部41、和对该程序进行处理而控制机器人20的处理部42，机器人20能够按照基于控制装置40的控制信号而自动地动作。机器人20通过这样的构成，可以自动地进行夹持器26的位置·姿势的确定、夹持器26的旋转、开闭，能够通过夹持器26自动地进行注液容器30的移送、倾斜、旋转。
以下，对使用了上述的机器人系统的本实施方式的注液系统进行说明。本实施方式中，机器人系统用于下述用途：在使用如第1实施方式所示的注液容器30而向收纳容器10内注入液体时，经由机器人20的夹持器26(末端执行器)使注液容器30旋转而排出液体，向收纳容器10注液。本实施方式中，以下述情况进行说明：液体是培养基，注液容器30是收纳培养基的注液瓶，收纳容器10是细胞培养瓶，注液作业在洁净室内进行。另外，细胞培养瓶以下述情况进行说明：作为其侧面，具有2个主面14、15，对一个主面14实施表面加工，以主面14为下表面，且能够进行细胞培养。
参照图5的示意图，首先，在使用机器人系统的情况下，启动控制装置40，使处理部42读入存储于存储部41中的程序。处理部42基于程序来控制机器人20，利用夹持器26(未图示)以夹住安装有装置1的注液容器30的盖体5的方式使之握持。此时，装置1的第1贯通孔51侧朝向收纳容器10的方向。接着，控制机器人20，进行旋转及平移动作，将嵌入至第1贯通孔51的注液管6的前端部61定位于收纳容器10的开口部12的注液容器30侧，将与前端部61相交的与注液容器30的长轴垂直的轴设定为旋转轴A(定位控制)。
此时，也可以使监测收纳容器10及注液容器30的位置、角度的照相机(未图示)和机器人20联动而准确地自动进行位置对准。因此，机器人系统可以包含能够与控制装置40通信的监测用的照相机，程序可以是基于用照相机监测到的位置、角度而控制机器人20的程序。优选的是：旋转轴A设定成与注液容器30的长轴垂直，将前端部61配置于收纳容器10的开口部12的上方，将与开口部12的距离设定为0～3cm的范围。
接着，控制机器人20，使安装有盖体5的注液容器30绕旋转轴A沿着箭头的方向旋转(注液开始控制)。如图5所示，在本实施方式中，注液开始控制中的注液容器30的开始角度设定成使注液管6自水平向上30deg，停止角度设定成使注液管6自水平向下45deg，但是并不限定于此，例如可以将停止角度设定为5～85deg的范围。由此可以构成为：从注液管6的前端部61排出的培养基相对于收纳容器10的口部13的内壁、容器主体11的内壁倾斜地注液而不容易引起培养基的起泡。
接着，若控制机器人20，使注液容器30的口部33位于下侧并使旋转停止规定时间，则注液容器30内的培养基向盖体5侧移动而从注液管6排出，向收纳容器10注液(注液控制)。接着，当经过规定时间时，使注液容器30向与箭头方向相反的方向反向旋转，使其以开始角度停止，使培养基向与口部33侧相反的方向移动，由此结束注液(注液结束控制)。而且，通过一边更换收纳容器10一边重复注液开始控制、注液控制及注液结束控制并使机器人20执行，从而可以高效且迅速地进行向多个收纳容器10的注液作业。上述的规定时间可以设定为下述时间：事先测定注液量与注液时间的关系，基于测定值及作为目标的注液量来设定使旋转停止的时间(规定时间)。
另一方面，在注液容器30内的培养基剩余量变少的情况下，从由夹持器26握持的盖体5仅拆卸注液容器30，将新的注液容器30安装于盖体5，重复注液开始控制、注液控制及注液结束控制并使机器人20执行。通过这样重复收纳容器10的更换、注液容器30的更换，从而省略注液容器30的旋转轴A的设定(定位控制)，可以使注液作业的中断时间为最小限。本发明的机器人系统只要至少能够执行注液开始控制、注液控制及注液结束控制所涉及的旋转动作即可，例如可以构成为使用如直线运动·旋转装置那样的简易装置作为机器人而重复旋转、停止、反向旋转的步骤。也可以构成为将旋转轴设定于盖体5、注液容器30而至少在注液控制时使注液管6的前端部61与开口部12接近。
收纳容器10的配置优选如上述那样配置成收纳容器10(细胞培养瓶)的主面14、15与旋转轴A平行，也可以构成为将其通过机器人控制来进行。即，例如可以以下述方式构成程序、处理部42：用能够与机器人系统通信的照相机确认收纳容器10的配置，控制机器人20，根据收纳容器10的主面14、15的朝向而进行旋转轴A的定位控制。另外，也可以构成为用所述照相机实时测定收纳容器10内的注液量而在注液量达到规定量后切换至注液结束控制，还可以构成为用能够与机器人系统通信的电子天平实时测定收纳容器10内的注液量的重量而在注液量达到规定量的重量后切换至注液结束控制。
另外，本发明也可以通过执行以下的处理来实现。即为下述处理：使机器人经由网络、各种存储介质而读入实现上述实施方式的功能的软件(程序)，内置于机器人的处理部(CPU、MPU等)执行程序。另外，本发明也可以如下实现：由具备存储有程序的存储部和处理程序的处理部的如上所述的控制装置向机器人发送控制信号而使其动作。
以上，根据本发明的第2实施方式涉及的机器人系统，通过利用限制注液的手段，从而可以高效且迅速地进行高精度的注液作业，能够防止液体滴落的发生，因此适合于洁净室等中的细胞培养物的制造。
〔第3实施方式〕
本发明的另一方面涉及机器人系统，其用于通过使收纳有液体的注液量固定的注液容器绕与注液容器的长轴垂直的轴旋转来注入液体，所述系统的特征在于，执行下述控制：注液开始控制，使注液容器绕规定的轴旋转；注液控制，使旋转停止规定时间而注入液体；以及注液结束控制，使注液容器绕规定的轴反向旋转，其中，规定时间基于实时测得的注液流量Q[ml/s]来计算。
接着，对本发明的第3实施方式进行说明。图6表示第3实施方式涉及的机器人系统的概念图。
如图6所示，本实施方式的机器人系统能够与电子天平80通信，电子天平80可以实时测定收纳容器10的重量而计算注液量及注液流量，并向控制装置40反馈。
在本实施方式中，机器人系统在切换至注液控制而使旋转停止规定时间时，可以基于利用电子天平80实时测得的注液流量Q[ml/s]来设定规定时间。规定时间例如通过由注液流量Q[ml/s]的斜率算出直至达到作为目标的注液量为止的时间来设定。而且，若达到规定时间，则使注液容器绕规定的轴反向旋转而切换至注液结束控制。由此，通过构成为基于注液流量Q[ml/s]来设定规定时间，从而使注入收纳容器10的注液量的精度变高。
另一方面，有时因注液开始控制中的开始角度、停止角度、旋转速度(角速度)、注液结束控制中的反向旋转速度、注液容器30内的液体剩余量等而在注液结束控制中(反向旋转中)注液管6内的液体被排出(注入)。因此，本实施方式中的机器人系统也可以构成为在考虑有可能在注液结束控制中注入的液体的注液量的基础上来设定注液控制中的规定时间。
例如，事先进行一系列的注液开始控制、注液控制及注液结束控制，在注液结束控制(反向旋转)中测定直至注液管6内的液体全部被排出(注液)为止的时间ΔT。然后，将所述时间ΔT存储于存储部41，在实际的注液控制中，也可以将由如上述那样基于注液流量Q[ml/s]算出的规定时间减去时间ΔT而得到的时间设定为规定时间。由此，可以将从注液控制向注液结束控制的切换提前时间ΔT，即使是在注液结束控制中注液管6内的液体被排出的情况下，也能提高注入收纳容器10的注液量的精度。
另外，在注液结束控制中的反向旋转速度(角速度)慢的情况下，注液流量逐渐变小，即，注液结束控制中的时间ΔT的注液流量并非如注液流量Q[ml/s]那样的正比关系，而描绘成平缓的曲线。因此，在时间ΔT中，有时使未进行注液结束控制时的注液量与进行了注液结束控制时的注液量产生差异。本实施方式的机器人系统也可以构成为在将所述差异也考虑在内的基础上设定注液控制中的规定时间。
例如事先测定进行了注液结束控制时的注液量相对于未进行注液结束控制时的注液量的比率(最终注液比率X％)而将其存储于存储部41，在实际的注液控制中，由注液流量Q[ml/s]、时间ΔT及最终注液比率X％算出时间ΔT后的注液量Vx[ml]。然后，将达到从作为目标的注液量减去注液量Vx[ml]所得的注液量Ve[ml]的时间设定为规定时间，由此即使是注液量产生差异的情况，也能提高注入收纳容器10的注液量的精度。
实施例
以下，参照实施例对第3实施方式涉及的机器人系统进行更详细地说明，所述实施例示出本发明的特定的具体例，本发明并不受其限定。
例1：基于手动的注液作业
图7中示出通常的培养基更换工序的流程图。培养基更换工序是排出烧瓶内的培养液、将新的培养液注入烧瓶内的一系列作业，必须无液体滴落、快速实施，是依赖于作业者的感觉动作的作业。培养基更换工序由废液工序和注液工序构成，注液工序由取下盖、基于移液管的新培养液的注液作业、安装盖等作业构成。注液工序除了基于移液器的培养液的抽吸、注液作业外，还包括：烧瓶的盖的取下、安装作业；擦拭滴落的培养液的作业；移液器的更换作业；等等。
作为收纳容器10，使用了贴壁细胞用的细胞培养瓶(Thermo Fisher公司制，T500烧瓶)。T500烧瓶的排出口(开口部12)的外径为28.2[mm]，内径为25.8[mm]，厚度为1.2[mm]。在实际的培养基更换作业中，细胞处理作业从业者进行使用电动移液器抽吸注液瓶内的培养液后向烧瓶内注液的作业。对于1组8个烧瓶分别注入75ml的培养液。进行了2组的作业分析。得到下述结果：每组需要550s～560s的作业时间，每个烧瓶的注液作业时间为约70s。
例2：使用了装置的注液作业
作为单向阀71，使用株式会社Kijima制105-15001，作为机器人，使用六轴垂直多关节型产业用机器人：安川电机制MOTOMAN-MH3F(第1臂：260mm，第2臂：270mm)，作为控制器，使用以RTLinux(注册商标)环境作为基础的系统，作为电子天平，使用能够以100ms周期取得测定值的A&D制EK-610i。在注液瓶上安装装置，将装置的盖体固定于机器人的夹持器，将注液管的前端设为TCP(Tool Center Point)，仅通过以TCP为中心的姿势变化进行向T500烧瓶的注液作业。进而，通过使机器人第6轴的旋转轴与TCP一致，从而仅以第6轴的动作便能进行注液作业。
如图5所示，从将烧瓶自水平向上倾斜30deg的初始姿势旋转至自水平向下倾斜45deg的姿势而停止，向放置于电子天平上的烧瓶注入注液瓶内的培养液。将480ml的培养液全部注液时的注液量(injection volume)、时间(time)、注液速度(injectionvelocity)示于图8、图9。注液速度在除注液开始及结束外的区间(注液时间为3～53s，注液量10～412ml)大致固定，因此可以确认为适合于控制注液量的方法。
例3：基于机器人的注液作业
控制机器人，将480ml的培养液分6次注入，每次注入75ml。考虑到误差，培养液的容量多于75ml×6次的量。1次注液的目标精度设为±2％。基于机器人的注液作业分成下述三个阶段来进行，即，(1)注液开始动作(控制)，从将烧瓶自水平向上倾斜30deg的初始姿势旋转至自水平向下倾斜45deg的姿势，开始注液；(2)注液动作(控制)，在使烧瓶以自水平向下倾斜45deg的姿势停止的状态下进行注液；(3)注液结束动作，使烧瓶从自水平向下倾斜45deg的姿势回到初始姿势，结束注液。
为了无液体滴落且实现顺畅的动作，将注液开始动作设为32deg/s，将注液结束动作设为108deg/s(角速度：axis velocity)。为了使1次的注液量为75ml，需要预测注液结束动作开始后的注液量而从注液动作切换至注液结束动作。将注液结束动作开始后的注液量的预测方法示于图10中。将从注液结束动作开始后到注液量不再增加为止的时间(ΔT)、与相对于未实施注液结束动作时的注液量而言的实施了注液结束动作时的最终注液比率(X％)设定为参数，由在注液动作中取得的测定值的斜率求出未实施注液结束动作时的注液量，由此算出注液结束动作开始后的注液量。需要说明的是，绕规定的轴的角速度模式(第6轴的角速度模式)在该图中为方形，也可以是梯形、S字等的加速模式，并无限定。
在图11的步骤中，进行了参数导出和使用了参数的动作确认。首先，对重复注液作业时的数据进行分析，由此确定参数。将注液结束动作开始注液量暂定为70ml，分5次注入480ml的培养液，将这样的实验实施了3组。将注液结束动作开始时刻的预测流程图示于图12中，将那时的注液量示于图13中，将分析结果示于表1中。
[表1]
表1注液动作的分析
Figure BDA0002656210380000211
如图13所示，来自电子天平的取得数据在一次达到最大值后稳定于最终的值，将最初到达稳定后的值为止的时间设为ΔT。根据例2的实验可知若注液量大于10ml左右则注液速度稳定，认为使用接近于注液结束动作的值时能够更准确地预测，因此使用40ml～60ml的斜率。采用表1的平均值作为参数，将ΔT确定为1.07s，将注液结束动作间注液率确定为80.88％。
接着，使用所确定的参数实施动作确认。将分6次注入480ml的培养液、每次注入75ml的实验实施了3组，并将所得的结果示于图14、表2中。能够以烧瓶外、管前端不产生液体滴落的方式、在目标精度±2％(required accuracy，要求精度)的范围实施注液作业。根据例1的分析结果，手动作业时的1次的注液作业时间为约70s。与此相对，根据图13的结果，使用机器人时的1次的注液时间为约15s。在此次实施的方法中，由于从注液瓶直接注入，因此不需要抽吸作业。在将基于机器人的作业和手动作业组合的情况下，可以确认到：即使以手动作业进行盖取下·安装，也能将作业时间缩短至一半以下。
[表2]
表2实验结果
- 体积[ml] 误差[％]
Min. 74.34 -0.88
Max. 75.80 +1.07
Avg. 75.25 +0.33
例4：吸气·注液管的内径与流量[ml/s]的关系
为了提高注液精度，需要将流量保持固定。为此，作为注液瓶的盖，如图15那样，利用3D打印机制作具备吸气管(吸气口)和注液管(注液口)的盖。吸气管发挥来自外侧的空气能够通过而来自内侧的培养液不能通过的、与单向阀相同的作用。如下这样制作：吸气管的长度设为51.5mm，吸气管的从顶板部向容器方向突出的长度设为25mm，吸气管的从顶板部向吸气管的前端方向突出的长度设为23mm，注液管的长度设为50mm，注液管的从顶板部向容器方向突出的长度设为25mm，注液管的从顶板部向注液管的前端方向突出的长度设为21.5mm，将吸气管的内径分别变更成2mm、3mm、4mm，并且将注液管的内径分别变更成3mm、4mm、5mm。
为了对吸气管和注液管的内径给流量带来的影响进行分析，测定改变各管的内径并将480ml的培养液全部注液时的流量。将使注液管内径固定为4mm而使吸气管内径为2mm、3mm、4mm时的流量示于图16中，将使吸气管内径固定为3mm而使注液管内径为3mm、4mm、5mm时的流量示于图17中。由此可知：吸气管内径不对流量造成影响，但若增大注液管内径，则流量变多。将吸气·注液管的内径与流量及流速的关系示于表3、表4中。流量采用在图16、图17中培养液被稳定注入的期间的平均值。流速由流量和截面积来计算。根据表4的结果，除注液管内径为3mm的情况外，流速大致固定。
[表3]
表3吸气·注液口的内径与流量[ml/s]的关系
Figure BDA0002656210380000231
[表4]
表4吸气·注液口的内径与流速[m/s]的关系
Figure BDA0002656210380000232
在图11的步骤中，进行了参数导出和使用了参数的动作确认。首先，对重复注液作业时的数据进行分析，由此确定参数。实施了将注液结束动作开始注液量暂定为70ml并分5次注入480ml的培养液的实验。对吸气管内径固定为3mm、注液管内径为3mm、4mm、5mm的情况分别进行了实验。将此时的注液量示于图18中，将分析结果示于表5中。表5的No.1使用3次的记录进行分析，No.2和No.3使用5次的记录进行分析。在图18中，注液量在一次达到最大值后稳定于最终的值，将最初到达稳定后的值为止的时间设为ΔT。由上述的实验可知：除上升期以外，流量稳定，认为在使用接近于注液结束动作的值时能够更准确地预测，因此使用40ml～60ml的斜率。采用表5的平均值作为参数，将ΔT确定为1.036s，将注液结束动作间注液率确定为75.7％。
[表5]
表5注液作业的分析结果
Figure BDA0002656210380000241
接着，使用所确定的参数实施动作确认。使用与上述同样的注液管(内径3mm、4mm、5mm)，将480ml的培养液分6次注入、每次注入75ml，并将实施了这样的实验的结果示于图19、表6、表7中。在表6、表7中，在注液管内径为3mm的情况下，使用4次的记录进行分析，在注液管内径为4mm和5mm的情况下，使用6次的记录进行分析。能够以烧瓶外、注液管前端不产生液体滴落的方式进行注液作业。由图19、表6的结果可知：基于机器人的注液作业不论注液管的内径如何均能应用相同的算法，能够以目标精度±2％的范围来实施。
[表6]
表6注液实验结果(注液量·误差)
Figure BDA0002656210380000242
[表7]
表7注液实验结果(流量·注液时间)
Figure BDA0002656210380000251
在表7中示出：不包含注液开始动作和注液结束动作而仅注液动作的流量、和包含注液开始动作和注液结束动作的注液作业整体的注液时间。随着注液管内径变大，流量变多，注液时间变短，能够缩短的只有注液动作中的时间，因此注液开始动作和注液结束动作的合计可以固定为约5s。可知：若将注液管内径从3mm变为4mm，则能够缩短约22s，与此相对，即使将注液管内径从4mm变为5mm，也只能缩短约4s，因此即使使注液管内径大于5mm，也不能期望有大幅的时间缩短，而且由于使用注液动作中的流量来预测最终的注液量，因此流量越多，产生误差的风险越高。
根据例3的分析结果，在手动作业的情况下，每次的注液作业时间为约70s。与此相对，就使用机器人时的注液时间而言，即使在注液管内径为4mm的情况下也为约15s。在此次实施的方法中，从注液瓶直接注入，因此不需要抽吸作业。可知：在组合基于机器人的作业和手动作业的情况下，即使以手动作业进行盖取下·安装，也有可能将作业时间缩短至一半以下。
在细胞处理作业中，作为重要的作业工序之一的培养基更换工序中，为了扩大基于机器人的注液作业的注液算法的应用范围，而改变吸气·注液管的构成条件(内径)，实施了验证实验。其结果，可以确认：即使在吸气·注液管的构成条件(内径)不同、流量不同的情况(2.5ml/s～10.3ml/s)下，也能应用所提出的注液算法，能够对于75ml的注液量而言以目标精度±2％的范围精度良好地注液。
进而，测定了改变注液管的长度时的注液时间。向瓶中加入500ml的自来水进行45度倾斜注液动作时，用秒表测定2次直至自来水被全部排出为止的时间，并将所得的结果示于表8、图20中。可知存在下述倾向：若注液管长变长，则流量变多，若注液管长变短，则流量变少。
[表8]
表8注液口管长与注液时间的关系
注液管长[mm] 注液时间1[s] 注液时间2[s]
10 86 82
30 72 71
50 62 62
150 46 46
注液管长[mm] 流量1[m3/s] 流量2[m3/s]
10 5.81E-06 6.10E-06
30 6.94E-06 7.04E-06
50 8.06E-06 8.06E-06
150 1.09E-05 1.09E-05
注液管长[mm] 流速1[m/s] 流速2[m/s]
10 0.463 0.485
30 0.553 0.560
50 0.642 0.642
150 0.865 0.865
例5：在注液量可变控制算法中的应用
对于本发明是否也能应用于注液量为75ml以外的情况进行了研究。在注液量可变的情况下，不能固定斜率的算出区间，因此对使用除流量不稳定的注液开始和结束以外的区间的斜率的方法进行了研究。对6次量的注液实验的结果进行了分析，结果在注液开始～5.58ml的区间及注液结束～6.19ml的区间中流量不稳定。根据该分析结果，在注液量可变控制算法中，使用除注液开始和结束的7.5ml以外的区间的斜率算出注液结束动作开始时刻。
接着，使用注液量可变控制算法进行了动作验证。此次的验证中的注液量(Injecting volume)在20ml～150ml的范围内设为10ml间隔。将分多次注入450ml的培养液时的、相对于目标值而言的差异(Difference)示于图21中，将注液精度(Accuracy)示于图22中。由于将培养液固定为450ml，因此注液次数根据注液量而不同。例如在注液量为20ml时的注液次数为22次，在注液量为150ml时的注液次数为3次。由图21可知：即使在注液量不同的情况下，与目标值的差异也无大幅变化，因此能够应用注液量可变控制算法。另一方面，如图22那样，随着目标值变大，与其相对的精度提高。
在例3中，使用了40ml～60ml的斜率，但是在本例中使用除注液开始和结束的7.5ml以外的区间的斜率。预想使用接近注液结束动作的值时能够更准确地注液，但是在此次验证的条件下未观察到因斜率的算出区间的不同所致的差异。另外，预想注液量越多越能准确地注液，但是在20ml～150ml的范围未观察到差异。根据这些结果，认为注液动作中的流量大致固定，因此可以说使用除注液开始和结束的区间以外的斜率的算法是有用的。
在图21中，无论注液量如何均产生误差(0.55ml～1.12ml)。由于分多次连续地注入450ml的培养液，因此每重复一次注液瓶内的培养液的剩余量就减少。认为这是由于：若注液结束动作开始时的剩余量减少，则在注液结束动作(使注液瓶从自水平向下倾斜45deg的姿势回到自水平向上倾斜30deg的初始姿势的动作)中所释放的培养液的量减少，因此注液量也变少。将注液结束动作开始时的剩余量(Remaining amount at start endingmotion)和与目标值的差异(Difference)的关系示于图23中。根据线性近似，剩余量减少450ml时注液量减少0.405ml，因此可以说注液结束动作开始时的剩余量的差异是误差的一个原因。
综上，确认到：通过将在注液结束动作开始时刻的推定中使用的流量的算出区间设为除注液开始和结束的7.5ml外的区间，从而也能应用于注液量可变的情况(20ml～150ml)。认为可通过减小注液口的内径(减少流量)来提高注液精度，但是，另一方面，注液时间变长。由于精度和时间为二律背反(Trade off)的关系，因此需要根据用途进行调整。
例如，如上所述，考虑到若注液结束动作开始时的剩余量变少，则在注液结束动作中所释放的培养液的量减少，注液量也变少，从而示出修改注液结束动作开始时刻ΔT的方法。具体而言，在图23所示的例子中，流量：6.53[ml/s]，ΔT：0.988[s]，X＝0.777(＝77.7％)。注液量相对于残液量的变化(斜率)为0.0009[ml/ml]，相对于480[ml]，0.432[ml]注液量减少。因此，只要随着残液量减少而推迟注液结束动作开始时刻即可。即，通过使注液结束动作开始时刻推迟α，从而能够使由培养液的剩余量所致的注液量的变动降低。
将剩余量480[ml]设为开始时的剩余量，且设剩余量为V[m]时，则利用下式的关系式来得到α。
[数学式1]
Figure BDA0002656210380000281
α的范围从开始时V＝480[ml]的0[s]变为剩余量0[ml]时的0.0662[s]，使注液结束动作开始时刻推迟0.066[s]，由此能够增加6.53[ml/s]×0.0662[s]＝0.432[ml]注液量。其相当于注液量的减少量480[ml]×0.0009[ml/ml]＝0.432[ml]。或者，通过修改X，同样能够使由培养液的剩余量所致的注液量的变动降低。若将剩余量480[ml]设为开始时的剩余量，且设剩余量为V[m]时，则利用下式的关系式来得到X。
[数学式2]
Figure BDA0002656210380000291
X的范围从开始时V＝480[ml]的0.777(＝77.7％)变为剩余量0[ml]时的0.710(＝71.0％)。开始时V＝480[ml]的注液结束动作开始后的注液量为6.53[ml/s]×0.988[s]×0.777＝5.013[ml]，剩余量0[ml]时为6.53[ml/s]×0.988[s]×0.710＝4.581[ml]。因此，后者的情况下，注液结束动作开始后的注液量减少了5.013[ml]-4.581[ml]＝0.432[ml]。即，推迟0.432[ml]/6.53[ml/s]＝0.066[s]注液结束动作开始时刻。
上述对开始时的剩余量、即注液瓶的最大剩余量(Vmax)为480[ml]的情况进行了说明，也能使用Vmax＝1,000ml的瓶而进行75ml×12次～13次的分注。在该情况下，若将上述式2中的、Vmax＝480[ml]设为Vmax＝1000[ml]，则在Vmax＝1000(最大剩余量)～0(最小剩余量)之间发生0.710～0.777的变化。Vmax并无特别限定，例如可以为200～20,000[ml]，优选为250～10,000[ml]，进一步优选为300～8,000[ml]，特别优选为350～5,000[ml]，最优选为400～2,000[ml]。
在本发明中，所谓“推迟注液结束控制(动作)的开始时刻”，是指在注液瓶的最大剩余量(Vmax)～最小剩余量(Vmin)之间使X发生0～10[％]左右的变化(减少)，由此推迟注液结束控制(动作)的开始时刻，X利用下式的关系式来得到。
[数学式3]
Figure BDA0002656210380000292
此处，Vmax：注液瓶的最大剩余量(容量)，Xd：X的变化量，Vf：最终X值。

Claims (8)

1.机器人系统，其用于通过使收纳有液体的注液量固定的注液容器绕与注液容器的长轴垂直的轴旋转来注入液体，所述系统的特征在于，
执行下述控制：
注液开始控制，使注液容器绕规定的轴旋转；
注液控制，使旋转停止规定时间而注入液体；以及
注液结束控制，使注液容器绕规定的轴反向旋转，
其中，规定时间基于实时测得的注液流量Q[ml/s]来计算。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，规定时间还基于在反向旋转中直至液体不再被注入为止的时间ΔT来计算。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，规定时间还基于相对于未实施注液结束步骤时的注液量而言的、实施了注液结束步骤时的最终注液比率X％来计算。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的系统，其特征在于，注液容器安装有下述装置，所述装置包含：能够装卸自如地安装于注液容器的盖体、能够嵌入于在盖体设置的第1贯通孔的注液管、和能够嵌入于在盖体设置的第2贯通孔的吸气管，其中，规定的轴设定于注液管的前端部。
5.根据权利要求4所述的系统，其构成为在注液容器中安装有装置的状态下从盖体向注液容器内突出的吸气管的下端被配置成接近盖体。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的系统，其构成为随着注液容器内的液体剩余量变少而推迟注液结束控制的开始时刻。
7.注入液体的方法，其通过使收纳有液体的注液量固定的注液容器绕与注液容器的长轴垂直的轴旋转来注入液体，所述方法的特征在于，
包括下述步骤：
注液开始步骤，使注液容器绕规定的轴旋转；
注液步骤，使旋转停止规定时间而注入液体；以及
注液结束步骤，使注液容器绕规定的轴反向旋转，
其中，规定时间基于实时测得的注液流量Q[ml/s]来计算。
8.用于控制机器人的程序，所述机器人用于通过使收纳有液体的注液量固定的注液容器绕与注液容器的长轴垂直的轴旋转来注入液体，所述程序的特征在于，
使计算机执行下述控制：
注液开始控制，使注液容器绕规定的轴旋转；
注液控制，使旋转停止规定时间而注入液体；以及
注液结束控制，使注液容器绕规定的轴反向旋转，
其中，规定时间基于实时测得的注液流量Q[ml/s]来计算。
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