JP2000019184A - 分注機のヘッド装置 - Google Patents

分注機のヘッド装置

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JP2000019184A
JP2000019184A JP10190209A JP19020998A JP2000019184A JP 2000019184 A JP2000019184 A JP 2000019184A JP 10190209 A JP10190209 A JP 10190209A JP 19020998 A JP19020998 A JP 19020998A JP 2000019184 A JP2000019184 A JP 2000019184A
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JP
Japan
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capillary tube
piezoelectric element
reagent
dispenser
dispensing
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Mikio Hojo
三木夫 北條
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 分注ヘッド16に接続されたキャピラリーチ
ューブ22の外周面に円筒型圧電素子42を配置し、こ
の円筒型圧電素子42をノズルドライバによって駆動す
る。 【効果】 分注ヘッド16に接続されたキャピラリーチ
ューブ22をそのままディスポーザブルチップとして利
用できるため、数mm角の微小な容器へ試薬等を超微量
でかつ近距離で吐出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は分注機のヘッド装置に
関し、特に、たとえば超微量の試薬、検体等の液体を吐
出する分注機のヘッド装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の分注機1は、図7に示すように、
コントローラ2によって制御される3軸駆動テーブル機
構3の出力部に分注ヘッド4を取り付けて構成され、こ
の分注ヘッド4には、試薬等を吸入・吐出すべきピペッ
ト5が下向きに突設されている。
【0003】一方、分注台6上に設置されたプレート7
の各凹部8へ試薬を分注する際には、3軸駆動テーブル
機構3の動作により分注ヘッド4を水平面と垂直面で適
宜移動させて、ピペット5の先端部をプレート7の凹部
8へ接近させ、ピペット5内の試薬をこの凹部8へ吐出
する。また、試薬の希釈や混合を行う場合には、凹部8
内に他の試薬9が予め注入されており、ピペット5から
滴下する試薬を凹部8内の試薬9の液面に接触させて、
表面張力を開放することによって、試薬の吐出を行って
いる。
【0004】このとき、ピペット5自体が凹部8内の試
薬9と接触すると、ピペット5に付着した試薬が次の分
注工程で他の試薬に混入するため、ピペット5の先端面
が凹部8に収容されている試薬9の液面よりも僅かに浮
上した位置で、試薬の吐出を行う必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く試薬の分注
や希釈あるいは混合を行う場合には、コントローラによ
る制御の下、分注ヘッドを下降させて、ピペットをプレ
ートの凹部内の試薬液面に対してできるだけ接近させる
のであるが、試薬の液面位は凹部毎にまちまちであるた
め、その都度、試薬の液面位を測定して、ピペットの高
さ位置を調整する必要がある。この際、試薬の液面位の
測定には、0.1mm程度の高い精度が要求される。
【0006】ところで、距離測定の精度の点では、レー
ザ測定器を用いると有利であるが、この場合、レーザ光
が試薬に照射されることになるため、透明の試薬や、光
化学反応を起こす試薬については適用できない。また、
液面には表面張力による凹凸があり、反射方向は一様で
ないので、反射波の受光感度の点で問題がある。さら
に、超音波センサを使用して液面検出を行い、ディスポ
ーザブルチップにて試薬等を吸引・吐出する方法では、
精度面において、将来、必要とされる超微量(ピコリッ
トル:10-9リットル)の分析に対応できないという新
たな問題がある。
【0007】それゆえに、この発明の主たる目的は、試
薬や検体等を液滴として精度良く超微量分注を行うこと
を可能とする、分注機のヘッド装置を提供することであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明は、ヘッド駆動
機構の出力部に、液体を吸引・吐出すべき分注ヘッドが
下向きに取り付けられた分注機において、分注ヘッドに
接続されたキャピラリーチューブ、このキャピラリーチ
ューブの外周面に配置された電磁気歪素子、およびこの
電磁気歪素子を駆動する駆動装置を備えたことを特徴と
する、分注機のヘッド装置である。
【0009】
【作用】電磁気歪素子を駆動することにより、キャピラ
リーチューブが、電磁気歪素子の収縮により圧縮され、
チューブ内部に吸引されている試薬や検体等の液体に圧
力を与えて超微量を吐出する。
【0010】
【発明の効果】この発明によれば、分注ヘッドとしてキ
ャピラリーチューブをそのままディスポーザブルチップ
として利用できるため、数mm角の微小な容器への試薬
等の吐出を近距離で実施することができる。この発明の
上述の目的,その他の目的,特徴および利点は、図面を
参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らか
となろう。
【0011】
【実施例】この発明の一実施例の分注機10は、図1〜
図3に示すように、コントローラ12によって制御され
る3軸駆動テーブル機構14の出力部に分注ヘッド16
が下方に突出して取り付けられている。この分注ヘッド
16の円筒部18には、封止材であるOリング20を介
して試薬等を吸引・吐出するためのキャピラリーチュー
ブ22が挿入接続されている。このキャピラリーチュー
ブ22はガラス製または合成樹脂製で、上端開口部24
は分注ヘッド16に形成された通気路26を介して吸引
ポンプ28に接続されている。この通気路26とキャピ
ラリーチューブ22は、図3に示されるように開閉弁機
構30により開閉制御される開口部32を介して連通す
る。
【0012】また、開閉弁機構30は、一端部が分注ヘ
ッド16の固定部材34に固定された板状のバイモルフ
型圧電素子36と、この圧電素子36の自由端部に取り
付けられた弁体38とで構成している。この弁体38
は、通常開口部32を閉じており、バイモルフ型圧電素
子36に電圧を印加することにより、この圧電素子36
が上側に縮み変形して弁体38を上方に持ち上げて開口
部32を開放する。また、キャピラリーチューブ22の
外周面には、図2に示されるように保持体40により保
持された円筒型圧電素子42が配置され、この円筒型圧
電素子42に電圧を印加すると、その内径が縮みキャピ
ラリーチューブ22内のサンプル液41に圧力が加えら
れ、ピコリットルのオーダ(実際には10-9リットル〜
10-12 リットル)でサンプル液の液滴43がキャピラ
リーチューブ22の下端開口部44より吐出される。
【0013】なお、キャピラリーチューブ22および弁
体38は、いずれも電圧の印加により駆動される圧電素
子36および42で制御されるが、圧電素子以外に磁歪
素子を使用しても良く、その場合、磁歪素子の駆動装置
としてはコイルが使用される。従って、圧電素子および
磁歪素子を総称して、電磁気歪素子という用語を使用す
る。 一方、分注台46の上に設置されたプレート48
には、複数の凹部50,50,50および50…が形成
されており、この各凹部50へ試薬を分注する際には、
3軸駆動テーブル機構14の動作により分注ヘッド16
を、たとえば図2の矢印方向に順次移動させて、キャピ
ラリーチューブ22の下端開口部44をプレート48の
凹部50へ接近させ、キャピラリーチューブ22内に吸
引された試薬41をこの凹部50へ吐出する。また、試
薬の希釈や混合を行う場合には、凹部50内に他の試薬
が既に注入されており、キャピラリーチューブ22から
滴下する試薬を凹部50内の他の試薬液面に接触させ
て、表面張力を開放することによって、試薬の吐出を行
う。
【0014】このとき、キャピラリーチューブ22自体
が凹部50内の試薬と接触すると、キャピラリーチュー
ブ22に付着した他の試薬が次の分注工程で別の試薬に
混入するため、キャピラリーチューブ22の下端面が他
の試薬液面よりも僅かに浮上した位置で、試薬の吐出分
注を行うことは既に説明した通りである。また、分注台
46には、プレート48に隣接して、試薬、検体等の薬
品類を収容した容器52および径の異なるキャピラリー
チューブ22,22を収納するキャピラリ収納ケース5
4が配置されている。
【0015】つぎに、図4に示すこの実施例における分
注機10の制御回路の概略構成について説明する。コン
トローラ12は、全体を制御するメインコントローラ5
6,3軸駆動テーブル機構14を制御する3軸コントロ
ーラ58および分注ヘッド16に取り付けられたキャピ
ラリーチューブ22と弁体38を制御するヘッドコント
ローラ60を含む。
【0016】メインコントローラ56は、通信I/F
(通信インターフェース)62を介してPC(パソコ
ン)64から分注に必要な情報を入出力する。また、3
軸コントローラ58は3軸ドライバ66を介してX軸モ
ータ68,Y軸モータ70およびZ軸モータ72を制御
する。さらに、ヘッドコントローラ60はバルブドライ
バ74およびノズルドライバ76を介して夫々バルブ用
圧電素子36とノズル用圧電素子42を駆動制御する。
なお、吸引ポンプ28はメインコントローラ56からの
指令により制御される。
【0017】図5および図6に示すフローチャートに基
づいて、この実施例の分注機10における液体の吸引お
よび吐出の動作を説明する。図5を参照して、試薬等の
液体をキャピラリーチューブ22で吸引する場合、ま
ず、ステップS1で3軸コントローラ58および3軸ド
ライバ66により3軸駆動テーブル機構14を制御して
キャピラリーチューブ22の下端開口部44を容器52
に収容された液体に浸す。つぎに、ステップS3でメイ
ンコントローラ56の指令で吸引ポンプ28を作動す
る。ステップS5ではヘッドコントローラ60とバルブ
ドライバ74によりバルブ用圧電素子36を駆動して弁
体38を開き液体の吸引を行い、予めPC64からメイ
ンコントローラ56に設定されている設定吸引量に達し
たか否かを「目標時間到達?」で判断し、その結果“Y
ES”であればステップS7で弁体38を閉じるととも
に、吸引ポンプ28の動作を停止する。ステップS7に
おける判断結果が“NO”であれば元に戻り再度判断を
行う。なお、「目標時間到達?」以外に、たとえば、円
筒型圧電素子42を駆動するパルス数等の制御量を用い
て判断してもよい。
【0018】つぎに、図6を参照して、キャピラリーチ
ューブ22に吸引された液体をプレート48の凹部50
に吐出する場合、ステップS11でノズル用圧電素子4
2の駆動に伴う収縮によりキャピラリーチューブ22内
の液体41に圧力がかかり、液滴43がプレート48の
所定凹部50に吐出される。ステップS13ではバルブ
用圧電素子36の駆動に伴う収縮により弁体38を開放
して液滴の吐出によるキャピラリーチューブ22内の負
圧を解消するため通気路26より空気を供給する。
【0019】ステップS15でバルブ用圧電素子36の
復元により弁体38を閉じ、ステップS17でノズル用
圧電素子42を復元することでキャピラリーチューブ2
2内の液体に付与されていた圧力を解除する。ステップ
S19でプレート48の所定凹部50に対する液体の分
注量が目標吐出量に達しているかを判断し、判断結果が
“YES”であれば終了する。もし、判断結果が“N
O”であれば、ステップS11に戻り、目標吐出量に達
するまで一連の動作を繰り返す。
【0020】なお、目標吐出量Vは、一回当たりの吐出
滴量ΔVと吐出回数nとの積、すなわち、V=ΔV×n
で算出される。さらに説明すると、吐出される分注量等
の調節は、ノズル用圧電素子42に印加される電圧、電
圧パルスの形状およびパルス印加回数を可変制御するこ
とにより容易に行うことができる。また、この発明の実
施例においては、3軸駆動テーブル機構14に1個の分
注ヘッド16を設け、このヘッドに試薬等の吸引および
吐出を行う1本のキャピラリーチューブ22を接続して
分注台46に設置されたプレート48の凹部50に液体
の吐出を行い分注を実施しているが、3軸駆動テーブル
機構に多数の分注ヘッドを設け、各ヘッドに夫々キャピ
ラリーチューブを接続してマルチタイプとすれば、試薬
等を一度に多数の凹部に分注することが可能となり、効
率の良い分注作業を行うことができる。また、この発明
の実施例においては、内径が均一なキャピラリーチュー
ブ22を用いているが、そのキャピラリーチューブ22
を下端開口部44に向けて先細り形状とする等して内径
を小さくすれば、下端開口部44から1回に吐出される
液量が小さくなり、より微細な分注量の制御を行うこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す分注機の概略構成の
図解図である。
【図2】図1の実施例の要部を説明するための図解図で
ある。
【図3】図2における要部を説明する図解図である。
【図4】この発明の一実施例における制御回路の概略構
成を示すブロック図である。
【図5】この発明の一実施例における液体の吸引動作を
説明するフローチャートである。
【図6】この発明の一実施例における液体の吐出動作を
説明するフローチャートである。
【図7】従来例の分注機の概略構成を示す図解図であ
る。
【符号の説明】
10 …分注機 12 …コントローラ 14 …3軸駆動テーブル機構 16 …分注ヘッド 22 …キャピラリーチューブ 26 …通気路 28 …吸引ポンプ 36 …バイモルフ型圧電素子(バルブ用圧電素子) 38 …弁体(バルブ) 42 …円筒型圧電素子(ノズル用圧電素子)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ヘッド駆動機構の出力部に、液体を吸引・
    吐出すべき分注ヘッドが下向きに取り付けられた分注機
    において、 前記分注ヘッドに接続されたキャピラリーチューブ、 前記キャピラリーチューブの外周面に配置された電磁気
    歪素子、および前記電磁気歪素子を駆動する駆動装置を
    備えたことを特徴とする、分注機のヘッド装置。
  2. 【請求項2】前記電磁気歪素子は圧電素子を含む、請求
    項1記載の分注機のヘッド装置。
  3. 【請求項3】前記電磁気歪素子は磁歪素子を含む、請求
    項1記載の分注機のヘッド装置。
  4. 【請求項4】前記キャピラリーチューブに通気路を介し
    て接続された吸引ポンプ、および前記通気路を開閉制御
    する開閉弁機構をさらに備える、請求項1ないし3のい
    ずれかに記載の分注機のヘッド装置。
  5. 【請求項5】前記開閉弁機構は、弁体および前記弁体を
    駆動する電磁気歪素子を含む、請求項4記載の分注機の
    ヘッド装置。
  6. 【請求項6】前記電磁気歪素子は、圧電素子を含む、請
    求項5記載の分注機のヘッド装置。
  7. 【請求項7】前記電磁気歪素子は、磁歪素子を含む、請
    求項5記載の分注機のヘッド装置。
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