JP2003166996A - 生化学分析用マイクロディスペンサおよび計量分配装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高密度配列で配置された交換可能な毛細管を
備えたマイクロディスペンサを提供する。 【解決手段】 コントローラの制御下で所定量の液体を
計量分配するためのマイクロディスペンサ。このマイク
ロディスペンサは、台座およびチューブアセンブリのア
レイを含んでいる。複数の孔を有する台座はコントロー
ラと電気的に接続されている。所定の液体があらかじめ
充填されたチューブアセンブリは、孔の中に取り外し可
能に置かれており、台座へ個別に電気接続されている。
チューブアセンブリは台座を通して液体を送り、交換可
能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生化学分析用のマ
イクロディスペンサに関する。さらに詳しくは、高密度
アレイで配置された交換可能な毛細管（capillary tub
e）を備えたマイクロディスペンサに関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】生体
分子間の反応はきわめて高度の特異性を示す。生きてい
る細胞に同一容器内で同時に何千もの化学反応を実行す
る能力を提供するのがこの特異性である。一般に、この
特異性はきわめて複雑な表面トポロジーを有する２つの
分子間の適合（fit）から発生する。

【０００３】医学的診断のためのシステムにはしばしば
一連の試験が含まれているが、このとき各試験は１つの
可動成分の対応する固定成分への結合の測定を含んでい
る。安価な試験キットを提供するために、固定スポット
のマトリックスを含むシステムが提案されてきた。各ス
ポットには２成分試験の固定成分が含まれている。試験
される液体は、基本的にはマトリックスと接触させられ
る。

【０００４】マトリックスは、基本的にはたとえば固定
成分へ結合するように化学的に改変されているガラスの
ような基板上に少量の固定成分を計量分配することによ
って構成される。各スポットにおける材料の量は相対的
に少ない。しかし、スポット数はきわめて多数であって
よい。したがって、そのような分析評価プレートの作成
には個々のスポットを高精度で所定の場所に配置可能な
信頼できるマイクロディスペンサが必要とされる。

【０００５】図５および図６には、米国特許第６，００
１，３０９号明細書に開示されている従来のディスペン
サが示されている。装置１０は、毛細管アセンブリを取
り囲む外部ハウジング１２を有する。ハウジング１２
は、毛細管１６が延びて通る開口部１４を有する。ハウ
ジングの頂部にはガスケット２０がある。さらに、装置
１０の洗浄および充填中に使用されるカバー２２が示さ
れている。カバー２２内には、システムを空にするかま
たは加圧する必要があるときに溶剤の添加物を洗浄する
ための第１導管２４、真空源へ接続するための第２導管
２８、および気体の圧力を導入するための第３導管３２
が含まれている。カバー２２は、ハウジング１２内の毛
細管ケーシング５０を固定するために機能するネジ込み
式チューブ４２に隣接している。ネジ込み式チューブ４
２は試料を受けるための円錐形受口４６を有する。洗浄
後、カバー２２が取り除かれて円錐形受口４６を露出さ
せ、前記受口を利用して試料を受けることができる。円
錐形受口４６は毛細管に適合するポート４８を有してお
り、それによって試料は毛細管１６に接触することがで
き、試料は表面張力によって毛細管１６の全長に亘って
移動でき、毛細管を充填する。ネジ込み式ケーシング５
０は、トランスデューサ５６駆動用の電線５４を受ける
ために、ネジ込み式ケーシング５０を通って下向きに延
びるノッチを有する。圧電トランスデューサ５６はオリ
フィス６０に近接している。毛細管１６の壁はきわめて
薄いため、トランスデューサ５６の膨張および収縮に伴
って動くことができる。

【０００６】図７は米国特許第６，００１，３０９号明
細書にかかわるアレイを製造するためのシステムの概略
工程図である。図７では、貯蔵用サブシステム３００が
１つのアレイ状のラックとして示されている。ラック内
の各集積貯蔵容器は１つのアレイ状の貯蔵用ウェルプレ
ート３０２を含んでいる。マスターコントローラ３０４
がこのシステムを制御する。コンピュータの信号下で、
１枚またはそれ以上のプレート３０２が貯蔵領域３００
からつぎのステーション３０６へ運ばれる。ステーショ
ン３０６では、ロボットアーム３０８がサブシステムコ
ントローラ３０９の制御下にある。マイクロピペットチ
ップ３１０を使用するロボットアーム３０８は、数マイ
クロリットルの量の液体をプレート３０２からサブシス
テムコントローラ３１５の制御下でメンテナンスおよび
充填ステーション３１４に配置された１つまたはそれ以
上の適切な噴射器３１２へ移し替える。再使用可能な噴
射装置のために、メンテナンスおよび充填ステーション
３１４はメンテナンス用キャップ３１６を有している。
ホルダ３１８が噴射装置３１２を移送バー３２０上に位
置させ、それによって噴射装置３１２はサブシステムコ
ントローラ３２３の制御下で試験ステーション３２２へ
移動させられる。噴射装置３１２が試験ステーションを
通過すると、そののち噴射装置は移送バー３２０によっ
て噴射位置３３４へ移動させられ、移送バー３２０およ
びホルダ３１８によって基板３３６の上方に配置され
る。これで噴射ディスペンサはアレイを作り出すために
液滴の噴射を開始する位置につく。

【０００７】図８には、米国特許第６，１１０，４２６
号明細書に開示されている他の従来の計量分配装置が示
されている。この計量分配装置１１０は、一般には、あ
る量の試薬液１１６を保持するのに適した毛細管流路１
１４を有する試薬ディスペンサ１１２を含んでいる。こ
の流路は、流路の下方端部の先端領域１１８で合流して
いる一対の部材１１２ａ、１１２ｂによって形成されて
いる。先端１１８では、流路内の水溶液は図９に示され
ているように凹面（メニスカス）１２０を形成する。デ
ィスペンサをこのように配置し、ピストン１２４を引き
出すためにソレノイド１２２を駆動させると、連結部材
１２６は先端１１８が急速に基板１３０の表面に向か
い、さらにそこから離れるように動いて表面１３１と瞬
間的に接触することになる。実際において、ディスペン
サ１１２の先端１１８は基板表面１３１に対してタッピ
ングされる。表面１３１に対する先端１１８のタッピン
グ運動は、先端流路１１４における液体メニスカス１２
０を破るように作用し、先端１１８における液体を基板
表面１３１と接触させる。このことが、今度は、先端１
１８と表面１３１とのあいだの毛細管スペース内への液
体の流れを生じさせ、図１０に見られるようにディスペ
ンサ流路１１４から液体が流れ出すように作用する。図
１１は先端１１８から基板表面１３１上への液体の流れ
を示している。この図１１は、液体ビード１３２を形成
するまでディスペンサ１１２から基板表面１３１上へ液
体が流れ続けることを示している。

【０００８】ディスペンサは、また多数の試料について
目詰まりせずに作動しなければならない。さらに、ディ
スペンサはマトリックスにおける各スポットが相違する
固定成分を必要とするので、試料を迅速に取り替えるこ
とができなければならない。

【０００９】米国特許第６，００１，３０９号明細書に
開示されたディスペンサは再使用可能である。このた
め、このディスペンサは洗浄かつ再充填されなければな
らないので、相互汚染の問題が容易に発生する。さら
に、メンテナンス時間のために、そのようなシステムの
全体の作動はやっかい、かつ不便であり、さらにコスト
が増大する。

【００１０】同様に、米国特許第６，１１０，４２６号
明細書に開示されているディスペンサは接触タイプであ
るので、同様に相互汚染の問題が容易に発生する。

【００１１】以上のディスペンサの欠点を解決するため
に、本発明は高密度アレイで配置された交換可能な毛細
管を備えたマイクロディスペンサを提供する。

【００１２】本発明のもう１つの目的は、相互汚染の問
題を回避できるマイクロディスペンサを提供することで
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明はコントローラの
制御下で所定量の液体を計量分配するためのマイクロデ
ィスペンサを提供する。このマイクロディスペンサは、
台座およびチューブアセンブリのアレイを含んでいる。
複数の孔を有する台座はコントローラと電気的に接続さ
れている。所定の液体があらかじめ充填されたチューブ
アセンブリは、孔の中に取り外し可能に置かれており、
台座へ個別に電気接続されている。チューブアセンブリ
は台座を通して液体を送り、交換可能である。

【００１４】好ましい実施の形態では、台座には各孔に
隣接して形成された少なくとも１つの凹所が設けられて
いる。さらに、台座には孔の各々に配置された少なくと
も１つの第１パッドが設けられている。チューブアセン
ブリの各々は１つの受口、１本の毛細管およびプリント
チップヘッドを含む。通路を有する受口には、台座にお
ける凹所に対応する少なくとも１つの突起部および第１
パッドに対応する少なくとも１つの第２パッドが設けら
れている。第２パッドは、チューブアセンブリが台座の
孔の中に挿入されたときに第１パッドに当接する。液体
を受けるための毛細管は、通路の一方の端部で受口内に
配置されている。通路のもう一方の端部で受口内に配置
されたプリントチップヘッドは、第２パッドに接触して
おり、毛細管と連通している。

【００１５】さらに、チューブアセンブリの各々にはそ
の中に含まれる液体のタイプを示すコードがマーキング
されている。台座には液体の量を検出するための第１検
出器が設けられている。さらに、チューブアセンブリの
各々には毛細管に残留している液体の量を検出するため
の第２検出器が設けられている。

【００１６】チューブアセンブリは、パルス圧式インク
ジェットタイプ、バブルジェット（登録商標）式インク
ジェットタイプまたはスリットジェット式インクジェッ
トタイプであってよいことが理解される。

【００１７】さらに、本発明はコントローラおよび少な
くとも１つのマイクロディスペンサを含む生化学分析用
の計量分配装置を提供する。生化学分析において使用さ
れる基板へ所定量の試薬を計量分配するためのマイクロ
ディスペンサは、コントローラに電気的に接続されてい
る。マイクロディスペンサは、台座およびチューブアセ
ンブリのアレイを含む。複数の孔を有する台座はコント
ローラと電気的に接続されている。所定の試薬があらか
じめ充填されたチューブアセンブリは、孔の中に取り外
し可能に配置されており、台座へ個別に電気接続されて
いる。コントローラの制御下で、チューブアセンブリは
台座が基板と面したときに台座を通して試薬を送る。チ
ューブアセンブリは交換可能である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のマイクロディスペ
ンサを添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１９】図１および図２には、本発明において開示
されたマイクロディスペンサ２００が示されている。マ
イクロディスペンサ２００はコントローラ（図示せず）
の制御下で所定量の液体を計量分配し、台座２１０およ
びチューブアセンブリ２００のアレイを含んでいる。台
座２１０はコントローラ４００に電気的に接続されてお
り、複数の孔２１１、該孔２１１に隣接して形成された
複数の凹所２１２、前記孔２１１の各々に配置された複
数の第１パッド２１３、および台座２１０の周囲に配置
された複数の第３パッド２１４が備えられている。

【００２０】具体的には、各孔２１１の両側には２つの
凹所２１２が形成されている。第３パッド２１４は所定
の方法で第１パッド２１３と電気的に接続されているの
で、コントローラ４００は台座２１０の孔２１１内に挿
入されたチューブアセンブリ２２０を第３パッド２１４
および第１パッド２１３を介して駆動させることができ
る。

【００２１】所定の液体があらかじめ充填されたチュー
ブアセンブリ２２０は、台座２１０の孔２１１内に取り
外し可能に配置されていて第１パッド２１３を介して孔
２１０へ電気的に接続されている。図３を参照すると、
チューブアセンブリ２２０の各々には、凹所２１２に対
応する少なくとも１つの突起部２２１、第１パッド２１
３に対応する２つの第２パッド２２２、受口２２３、毛
細管２２４およびプリントチップヘッド２２５が備えら
れている。

【００２２】具体的には、突起部２２１は台座２１０の
凹所２１２と係合する。第２パッド２２２は、チューブ
アセンブリ２２０が台座２１０の孔２１１内に挿入され
たときに、第１パッド２１３に当接する。通路２２３１
を有する受口２２３には、突起部２２１および第２パッ
ド２２２が備えられている。液体を受けるための毛細管
２２４は通路２２３１の一方の端部で受口２２３内に配
置されている。通路２２３１のもう一方の端部で受口２
２３内に配置されたプリントチップヘッド２２５は、第
２パッド２２２に隣接しており、毛細管２２４と連通し
ている。プリントチップヘッド２２５には毛細管２２４
と連通しているノズル２２５１が備えられているので、
毛細管２２４に含まれている液体はノズル２２５１を通
して計量分配することができる。この配置によって、チ
ューブアセンブリ２２０は台座２１０を通して液体を送
る。

【００２３】毛細管２２４に受けられた液体は毛細管２
２４の表面特性と試薬の表面張力とのあいだの摩擦力に
よって保持されることが注目される。摩擦力を増加させ
るために、試薬が毛細管２４の充填端部から漏れないよ
うにゲル状またはオイル状物質を毛細管２４の充填端部
に添加することができる。さらに、ゲル状またはオイル
状物質は試薬と混合しないであろう。

【００２４】さらに、チューブアセンブリ２２０の各々
にはその中に含まれる液体のタイプを示すコード２２６
がマーキングされる。台座２１０には液体の量を検出す
るために第１検出器（図示せず）が設けられている。さ
らにまた、チューブアセンブリ２２０の各々には、チュ
ーブ内に残留している液体の量を検出するための第２検
出器（図示せず）が備えられる。

【００２５】チューブアセンブリ２２０は、パルス圧式
インクジェットタイプ、バブルジェット（登録商標）式
インクジェットタイプまたはスリットジェット式インク
ジェットタイプであってよい。

【００２６】本発明のマイクロディスペンサは以下の長
所を有する。

【００２７】１．突起部２２１および凹所２１２を分離
させることによって、チューブアセンブリ２２０は、毛
細管２２４内に含まれた液体が流れ出たのちに交換可能
である。チューブアセンブリ２２０はさらにまた様々な
要求のために交換できることも注目される。さらに、所
定量のチューブアセンブリを１回の設定で事前に設定す
ることができる。したがって、１セットのチューブアセ
ンブリを一度に交換することができる。

【００２８】２．液体はチューブアセンブリ２２０にあ
らかじめ充填されているので、液体を取り替えなければ
ならない場合にはチューブアセンブリ２２０全体を直接
に交換することができる。

【００２９】３．洗浄および再充填をまったく必要とし
ないので、本発明のマイクロディスペンサは相互汚染の
問題を回避することができる。

【００３０】図４を参照すると、生化学分析用の計量分
配装置５００はコントローラ４００および少なくとも１
つのマイクロディスペンサ２００を含んでいる。コント
ローラ４００によって、計量分配装置５００は１つまた
は複数のマイクロディスペンサ２００を同時に制御する
ことができる。生化学分析では、マイクロディスペンサ
２００は所定量の所定の試薬を基板４１０へ計量分配す
る。マイクロディスペンサ２００は電線４２０を通して
コントローラ４００へ電気的に接続されている。チュー
ブアセンブリ２２０には所定の試薬があらかじめ充填さ
れており、台座が基板４１０に面したときに台座２１０
を通して試薬を送達する。

【００３１】本発明に開示された計量分配装置５００に
よって、生化学分析で使用される分析評価手段またはキ
ットを高い歩留まりで利便性よく製造することができ
る。

【００３２】好ましい実施態様を参照しながら本発明を
詳細に示しかつ説明してきたが、当業者には本発明の精
神および範囲から逸脱することなく様々な変更および修
正を加えることができることは容易に理解されるであろ
う。特許請求の範囲は開示された態様、これまでに考察
された代替の態様およびそれに対するすべての均等物を
含むと解釈されることが意図されている。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、高密度配列で配置され
た交換可能な毛細管を備え、相互汚染の問題を回避でき
るマイクロディスペンサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマイクロディスペンサの一実施の形態
を示す概略斜視図である。

【図２】図１のマイクロディスペンサを下方から見た概
略斜視図である。

【図３】図１のチューブアセンブリの分解斜視図であ
る。

【図４】本発明の生化学分析用の計量分配装置の一実施
の形態を示す概略斜視図である。

【図５】従来のディスペンサの概略正面図である。

【図６】図５に示されるディスペンサの横断面図であ
る。

【図７】従来のアレイを製造するためのシステムの概略
工程図である。

【図８】他の従来の計量分配装置の側面図である。

【図９】図８のディスペンサを使用した疎水性表面上へ
の一定容積のビードの供給工程を示す図である。

【図１０】図８のディスペンサを使用した疎水性表面上
への一定容積のビードの供給工程を示す図である。

【図１１】図８のディスペンサを使用した疎水性表面上
への一定容積のビードの供給工程を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 呂 志平 台湾宜蘭市昇平街16−６号 Ｆターム(参考） 2G058 CA01 CC02 CE00 EA11 EA14 EB19 EB22 GB02 GE01

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コントローラの制御下で所定量の液体を
   計量分配するためのマイクロディスペンサであって、複
   数の孔を有し、コントローラと電気的に接続されている
   台座と、所定の液体があらかじめ充填され、前記孔の中
   に取り外し可能に置かれており、台座へ個別に電気接続
   され、台座を通して液体を送り、交換可能であるチュー
   ブアセンブリのアレイとからなるマイクロディスペン
   サ。
2. 【請求項２】 前記台座には各孔に隣接して形成された
   少なくとも１つの凹所が設けられ、前記チューブアセン
   ブリの各々には前記台座に係合するための前記少なくと
   も１つの凹所に対応する少なくとも１つの突起が設けら
   れてなる請求項１記載のマイクロディスペンサ。
3. 【請求項３】 前記台座には孔の各々に個別に配置され
   た少なくとも１つの第１パッドが設けられ、前記チュー
   ブアセンブリの各々には、前記少なくとも１つの第１パ
   ッドに対応する少なくとも１つの第２パッドが設けら
   れ、前記第２パッドが、チューブアセンブリが台座の孔
   の中に挿入されたときに第１パッドに当接する請求項２
   記載のマイクロディスペンサ。
4. 【請求項４】 前記チューブアセンブリの各々が、前記
   突起部が形成され、内部に前記第２パッドが設けられ、
   通路を有する受口と、前記受口内の前記通路の一方の端
   部に設けられた、液体を保持するための毛細管と、前記
   受口内の前記通路の他方の端部に設けられ、前記第２パ
   ッドに当接し、前記毛細管に連通するプリントチップヘ
   ッドとをさらに備えてなる請求項３記載のマイクロディ
   スペンサ。
5. 【請求項５】 前記チューブアセンブリの各々にはその
   中に含まれる液体のタイプを示すコードがマーキングさ
   れてなる請求項１記載のマイクロディスペンサ。
6. 【請求項６】 前記台座には液体の量を検出するための
   第１検出器が設けられてなる請求項１記載のマイクロデ
   ィスペンサ。
7. 【請求項７】 チューブアセンブリの各々には毛細管に
   残留している液体の量を検出するための第２検出器が設
   けられてなる請求項１記載のマイクロディスペンサ。
8. 【請求項８】 前記チューブアセンブリが、パルス圧式
   インクジェットタイプである請求項１記載のマイクロデ
   ィスペンサ。
9. 【請求項９】 前記チューブアセンブリが、バブルジェ
   ット（登録商標）式インクジェットタイプである請求項
   １記載のマイクロディスペンサ。
10. 【請求項１０】 前記チューブアセンブリが、スリット
    ジェット式インクジェットタイプである請求項１記載の
    マイクロディスペンサ。
11. 【請求項１１】 コントローラ、および生化学分析にお
    いて使用される基板へ所定量の試薬を計量分配するため
    の、コントローラに電気的に接続されている少なくとも
    １つのマイクロディスペンサを含む生化学分析用の計量
    分配装置であって、前記マイクロディスペンサが、複数
    の孔を有し、コントローラと電気的に接続されている台
    座と、所定の液体があらかじめ充填され、前記孔の中に
    取り外し可能に置かれており、台座へ個別に電気接続さ
    れ、台座が基板と面したときに、コントローラの制御下
    で、試薬を計量分配し、交換可能であるチューブアセン
    ブリとからなる計量分配装置。
12. 【請求項１２】 前記台座には各孔に隣接して形成され
    た少なくとも１つの凹所が設けられ、前記チューブアセ
    ンブリの各々には前記台座に係合するための前記少なく
    とも１つの凹所に対応する少なくとも１つの突起が設け
    られてなる請求項１１記載の計量分配装置。
13. 【請求項１３】 前記台座には孔の各々に個別に配置さ
    れた少なくとも１つの第１パッドが設けられ、前記チュ
    ーブアセンブリの各々には、前記少なくとも１つの第１
    パッドに対応する少なくとも１つの第２パッドが設けら
    れ、それにより、前記第２パッドが、チューブアセンブ
    リが台座の孔の中に挿入されたときに第１パッドに当接
    する請求項１２記載の計量分配装置。
14. 【請求項１４】 前記チューブアセンブリの各々が、前
    記突起部が形成され、内部に前記第２パッドが設けら
    れ、通路を有する受口と、液体を保持するための前記受
    口内の前記通路の一方の端部に設けられた毛細管と、前
    記受口内の前記通路の他方の端部に設けられ、前記第２
    パッドに当接し、前記毛細管に連通するプリントチップ
    ヘッドとをさらに備えてなる請求項１３記載の計量分配
    装置。
15. 【請求項１５】 前記チューブアセンブリの各々にはそ
    の中に含まれる液体のタイプを示すコードがマーキング
    されてなる請求項１１記載の計量分配装置。
16. 【請求項１６】 前記台座には液体の量を検出するため
    の第１検出器が設けられてなる請求項１１記載の計量分
    配装置。
17. 【請求項１７】 チューブアセンブリの各々には毛細管
    に収容されている液体の量を検出するための第２検出器
    が設けられてなる請求項１１記載の計量分配装置。
18. 【請求項１８】 チューブアセンブリが、パルス圧式イ
    ンクジェットタイプである請求項１１記載の計量分配装
    置。
19. 【請求項１９】 前記チューブアセンブリが、バブルジ
    ェット（登録商標）式インクジェットタイプである請求
    項１１記載の計量分配装置。
20. 【請求項２０】 前記チューブアセンブリが、スリット
    ジェット式インクジェットタイプである請求項１１記載
    の計量分配装置。