JP2004212377A - 液体分注装置とそれに用いる分注液容器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】液体吐出部としてのピエゾチップ10はその下端に吐出口11をもち、上端にその吐出口11につながる中空針16をもち、吐出口11と中空針16の間の流路17に液体を吐出させる液体吐出素子としてピエゾ素子18を備えている。分注液容器20は下端と上端に開口をもち、下端開口がゴム製の蓋15により閉じられて内部に分注液11を収容する。下端開口の蓋15はピエゾチップ10の中空針16により貫通でき、かつその貫通した中空針16を引き抜くとその貫通穴を弾性によって閉じる。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学、工業、臨床、バイオ技術などの分野で使用される分析装置において、サンプルや試薬を分注する液体分注装置と、そのような液体分注装置で分注されるサンプルや試薬を収容してその液体分注装置に装着される分注液容器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
分注装置の一例を図6に示す。この分注装置は液体吐出部としてピエゾチップ54を備えている。ピエゾチップ54は先端に下向きの吐出口50をもち、その吐出口50につながる空間に充填された液を、ピエゾ素子からなる液体吐出素子52により押圧することにより吐出口50から液滴を吐出するようになっている。
【0003】
そのピエゾチップ54に分注しようとする液体を供給するために、分注液容器として液体タンク56が設けられている。液体タンク56はその蓋58にある空気穴60から圧力をかけて、管62を通して液体タンク56中の液体64を液体吐出素子52まで運んでいる。
【0004】
液体タンク56内の分注しようとする液を交換する時は、管62を残して液体タンク56を蓋58とともに交換する。このとき、交換前の液が管62の中に残っているため、新しい液と混ざるのを防ぐために、管62を洗浄する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の液体分注装置の液体タンクでは、上記のように管62が長いために液体交換時に管62の中に残る液体が多く、非経済的である。
また、液体吐出部54と液体タンク56が長い管62で接続されており、全体として大きなスペースを必要とするため、設置場所に制約を受ける。
【0006】
本発明は、上記の不具合を解消して分注液交換時の分注液の無駄を少なくするとともに、設置場所に対する制約を少なくすることのできる液体分注装置とそこで使用する分注液容器を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液体吐出部と分注液容器を結ぶ管を短くすることにより、上記目的を達成しようとするものである。
すなわち、本発明の液体分注装置は、下端に吐出口をもち、上端にその吐出口につながる中空針をもち、吐出口と中空針の間の流路に液体を吐出させる液体吐出素子を備えた液体吐出部と、下端と上端に開口をもち下端開口が蓋により閉じられて内部に分注液を収容する容器で、下端開口の蓋が中空針により貫通でき、かつその貫通した中空針を引き抜くとその貫通穴を弾性によって閉じることのできる弾性部材により構成されている分注液容器とを備えたことを特徴とするものである。
【0008】
本発明の液体分注装置で分注する溶液としては、核酸、酵素、抗原、抗体などの生体関連物質、試薬、有機溶媒又は界面活性剤などを含む溶液を挙げることができる。
液体吐出素子は従来技術で説明したピエゾ素子のほか、インクジェット方式の液体吐出装置で用いられている液体吐出素子も用いることができる。
【0009】
液体吐出部からの1回当たりの吐出量を調整するために、分注液容器の上端開口につながり、分注液容器内の圧力を調整する圧力制御機構をさらに備えていることが好ましい。
【0010】
前記圧力制御機構は分注液容器の上端開口に着脱可能に接続されるエアー導入ヘッドを備えたものとすることができる。
エアー導入ヘッドは液体分注装置に上下動可能に支持されて、分注液容器の上端開口に装着した状態と上端開口から離脱した状態との間で移動できるようにすることができる。その場合は、エアー導入ヘッドは分注液容器の上方に移動するだけであるので、機構が簡単になるという利点を備えている。
【0011】
また、エアー導入ヘッドを一端部で保持するアーム機構を備え、そのアーム機構はエアー導入ヘッドを分注液容器の上端開口に装着した状態と上端開口から離脱した状態との間で移動できるように他端部でこの液体分注装置に回動可能に支持され、かつこのアーム機構はエアー導入ヘッドが分注液容器の上端開口に装着した状態においてエアー導入ヘッドを分注液容器の方向に押しつける付勢機構を備えているようにすることもできる。この場合には、エアー導入ヘッドを分注液容器に着脱する操作が容易であるとともに、エアー導入ヘッドが分注液容器の上端開口から離脱した状態においてエアー導入ヘッド下面や分注液容器周辺の保守や清掃が容易になる。
【0012】
また、本発明の分注液容器は本発明の液体分注装置に装着するものであり、下端と上端に開口をもち下端開口が蓋により閉じられて内部に分注液を収容する容器で、下端開口の蓋が針により貫通でき、かつその貫通した針を引き抜くとその貫通穴を弾性によって閉じることのできる弾性部材により構成されていることを特徴とするものである。
【0013】
上記のように構成された本発明の分注液容器は、液体吐出部の上端にある中空針に突き刺すだけで液体吐出部に装着することができ、装着操作が容易になる。
また、使用後に中空針を蓋から抜いても針穴が塞がれるため、上端開口をシールで塞ぐようにすれば、内部に収容された分注液が容器から漏れることを防ぐことができるため、その分注液を再利用可能である。
【0014】
分注液容器の上端開口は着脱可能なシール部材により封止され、使用時にはそのシール部材が剥がされるようになっていることが好ましい。
分注する溶液間の汚染を防ぐためには、この分注液容器は1つの溶液を入れて使用した後は、他の溶液に入れ換えたりせず、使い捨て(ディスポーザブル)にするのが好ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は一実施例の液体分注装置を制御系とともに概略的に表したものである。
1は液体吐出素子としてピエゾ素子を備えた液体分注装置で、後で説明する図2に示されるようなピエゾチップ10と分注液容器20を備えている。3はその液体分注装置1から吐出された液滴であり、液体分注装置1の下部に保持された容器やプレートなどのターゲット5に分注される。液体分注装置1の先端にある吐出口部分の画像を取り込んでモニタするために撮像装置としてCCDカメラ4が配置されている。CCDカメラ4は吐出口部分の状態とともに、吐出される液滴3も同時に撮像することができる。撮像装置としてはCCDカメラに限らず、他のカメラを用いてもよい。
【0016】
CCDカメラ4は液体分注装置1の先端の吐出口部分を撮像する。カメラ4と他の部材との干渉を少なくしてカメラ設置に要する必要な空間を少なくするためには、カメラ4は水平から傾斜をもった斜め上方の位置に設置し、斜め上向から撮像するようにしてもよい。また、吐出口部分の状態をより正確にモニタするためには、水平方向から撮像するようにカメラ4を設置すればよい。
【0017】
液体分注装置1の吐出口部分の画像をより正確に取り込むために、この実施例では透過光で撮像できるように、CCDカメラ4の光軸上には、液体分注装置1の吐出口部分を挟んでCCDカメラ4と反対側に光源2が配置されている。光源2としては時間的に連続した光を発光するものでもよいが、この実施例としてはストロボを使用する。ストロボの場合、液滴3が液体分注装置1から吐出されるタイミングと同期して発光するように設定することができ、その場合にはカメラ4を連続して作動させている場合でも、ストロボ2が発光した場合にのみ鮮明な画像が取り込まれる。その鮮明な画像は、順次吐出される液滴3の画像が同じタイミングで取り込まれたものであるため、あたかも静止画像のような情報が得られる。そのため液滴3の状態をモニタし、液滴3の大きさを調整するのに好都合である。
【0018】
光源2として時間的に連続した光を発光するものを使用した場合には、CCDカメラ4が取り込んだ液滴3の画像で同じ場所を通過する画像を採用することにより、順次吐出される液滴3の画像があたかも静止画像であるかのような情報が得られる。
【0019】
6は分注制御ユニットで、液体分注装置1のピエゾ素子に電圧を印加することにより吐出動作を行なわせる。また、ストロボ2の発光するタイミングは、分注制御ユニット6から液体分注装置1のピエゾ素子へ印加される電圧のタイミングを基にして、その電圧印加のタイミングに同期させて液体分注装置1からの液滴吐出の一定時間後に発光するように制御される。
【0020】
8は圧力制御機構であり、液体分注装置1の吐出液を収容する分注液容器20に充填されたサンプルや試薬などの吐出液が所定の圧力を保つように調節するものである。
【0021】
7は制御コンピュータであり、分注制御ユニット6を制御して分注動作を制御するものであり、CCDカメラ4が撮像した画像を基にして所定の大きさの液滴3が吐出されるように制御する。
【0022】
分注制御ユニット6がピエゾ素子の駆動を制御するパラメータは、ピエゾ素子への印加電圧の大きさ、印加電圧立上がり時間、印加時間、印加電圧立下がり時間の全て、又はそのうちの少なくとも1つである。
【0023】
図2にこの実施例における液体分注装置を示す。
10は液体吐出部としてピエゾチップであり、その下端に吐出口11をもち、上端にその吐出口11につながる中空針16をもち、吐出口11と中空針16の間の流路17に液体を吐出させる液体吐出素子18を備えている。液体吐出素子18はこの実施例ではピエゾ素子である。液体吐出素子18は分注制御ユニット6に接続され、駆動が制御される。
【0024】
20は分注液容器であり、下端と上端に開口をもち、下端開口が蓋15により閉じられて内部に分注液21を収容する容器である。下端開口の蓋15は弾性体セプタムであり、ピエゾチップ10の中空針16により貫通でき、かつその貫通した中空針16を引き抜くとその貫通穴を弾性によって閉じることのできる弾性部材により構成されている。蓋15を構成する弾性部材は、例えばゴムである。
【0025】
分注液容器20の上端の開口13は、内部の分注液の取出しを容易にする空気穴であるとともに、圧力制御機構8により内部圧を調節するための開口としても作用する。
分注液容器20の上端の開口13にはエアー導入ヘッド30により配管44を介して圧力制御機構8に接続され、内部の圧力が調節される。
【0026】
分注液容器20の上端開口13は、不使用時には再貼付可能なシール14により塞がれており、使用時にはそのシール14が剥がされてエアー導入ヘッド30が接続される。
【0027】
下端開口の蓋15は、中空針16を突き刺すことによって、分注液21が流路17を通って液体吐出素子18に導かれ、液体吐出素子18により先端の吐出口11から吐出される。
【0028】
蓋15はゴム製のような弾性部材であるため、使用後に中空針16を蓋15から抜くと針穴が塞がれるため、上端開口13をシール14で再び塞ぐことで、分注液21が分注液容器20からこぼれることなく再利用可能である。蓋15はゴム製のものに限られず、中空針16を抜いたときに針穴が塞がれる弾性をもつ材質のものであれば、どのようなものであってもよい。
また、シール14は再貼付可能なものに限られず、再び上端開口13を塞ぐ時には新しいシールを使用してもよい。
【0029】
図3は第2の実施例を表わす。下端に吐出口を用い、上端に中空針16をもった液体吐出部としてのピエゾチップ10がチップ保持部31により液体分注装置に固定されている。
【0030】
分注液容器20aは使い捨て可能なものであり、下端と上端に開口をもち、下端開口が蓋15により閉じられて内部に分注液21を収容する容器である。下端開口の蓋15は弾性体セプタムであり、ピエゾチップ10の中空針16により貫通でき、かつその貫通した中空針16を引き抜くとその貫通穴を弾性によって閉じることのできる弾性部材により構成されている。蓋15を構成する弾性部材は、例えばゴムである。
【0031】
容器20aをチップ10上に装着し、中空針16により下端開口の蓋15を貫通して装着した状態で、容器20aの上部からエアー導入ヘッド30を取り付けるために、エアー導入ヘッド30は液体分注装置本体に上下方向にスライド可能に取り付けられている。
【0032】
エアー導入ヘッド30の下端にはシール部材32が設けられている。シール部材32は容器20aの上部開口の縁に押し付けられることにより、容器20aの開口を気密を保って閉じ、エアー導入ヘッド30に圧力制御機構から送られるエアーにより容器20a内の圧力を制御できるようになる。
【0033】
図4は容器20aをチップ10上に装着して中空針16を容器20a内の溶液21に浸し、エアー導入ヘッド30を下降させて容器20aの上部開口を気密を保って封止した状態を示したものである。この状態で容器20a内を所定の圧力に保ち、分注制御ユニット6によりピエゾチップ10の駆動を制御して液を吐出させる。
【0034】
図5は第3の実施例を表わし、エアー導入ヘッド30を着脱可能に装着するためにアーム機構を備えたものである。アーム機構はアーム33とロック36を備え、エアー導入ヘッド30はアーム33の一端部で保持されている。アーム33はその基端部がピン34によって液体分注装置本体に回動可能に支持されている。ロック36はピン38によってアーム33に回動可能に支持されており、基端部には鉤40が設けられている。その鉤40はこの液体分注装置本体に固定された凸部35と係合して、容器20aをチップ10上に装着した状態でロックできるようになっている。
【0035】
エアー導入ヘッド30はアーム33に開けられた穴にスライド可能に挿入され、バネ41によってエアー導入ヘッド30を容器20aの方向に押し出すように付勢される。エアー導入ヘッド30の基端部はアーム33から突出し、その部分に鍔45が設けられることによってエアー導入ヘッド30がアーム33から抜け出るのが防止されている。エアー導入ヘッド30の基端部は配管44を介して圧力制御機構に接続される。
【0036】
エアー導入ヘッド30の先端部にはOリングなどからなるシール部材32aが設けられており、容器20aの開口部の内側面と接触して容器20aの開口部を気密を保って封止する。
【0037】
ロック36を、ピン38を中心に鉤40が凸部35と係合する方向に付勢するためにアーム33とロック36の間には圧縮状態のコイルバネ42が挿入されている。
アーム33と液体分注装置本体の間にはバネ43がかけられており、このバネ43はアーム33を開く方向(図では時計周りの方向)に引っ張るように付勢している。
【0038】
図5の実施例において、容器20aを装着する場合は、容器20aをチップ10上に置き、下方向に押して中空針16でセプタム15を貫通し、容器20a内の溶液21に中空針16を浸す。エアー導入ヘッド30はアーム33に保持されているため、アーム33を図で反時計方向に回動させることにより、エアー導入ヘッド30が容器20aの開口部に装着され、容器20aとエアー導入ヘッド30がシール部材32aによって気密を保って接続される。またこのとき、鉤40は凸部35と係合してアーム33がロックされ、アーム33が時計方向に回動するのが防止される。エアー導入ヘッド30はバネ41によって容器20aの方向に押し付けるように付勢されているので、アーム33をロックした状態で容器20aとヘッド30の気密接続が維持される。
この状態でチップ10から液の吐出を行なうことができるようになる。
【0039】
容器20aを取り外す場合は、ロック36をアーム33の方向に押す。ロック36はピン38を中心に図で時計方向に回動し、鉤40aと凸部35の係合が解除され、アーム33はバネ43の力によって図で時計方向に回動し、エアー導入ヘッド30が容器20aから離れる。
【0040】
この状態ではエアー導入ヘッド30はアーム機構とともにピン34を中心に回動するため、エアー導入ヘッド30と容器20aの間が大きく開き、エアー導入ヘッド30のシール材や容器20aの周辺の掃除などのメンテナンスがしやすくなる。
【0041】
また、このようにアーム機構を用いてエアー導入ヘッド30を容器20aに対して着脱できるようにすれば、容器20aの着脱及び容器20aへのエアー導入ヘッド30の着脱を容易に行なうことができるようになる。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液体分注装置によれば、液体吐出部と分注液容器を結ぶ管が短いために、分注液交換時に管の中に残る分注液が少なく、経済的である。また、液体吐出部と分注液容器とを接続すると一体型とみなすことができ、設置面積を少なくすることができる。
本発明の分注液容器は、一度使用した後も液体吐出部の中空針を抜き、上端開口をシールで塞ぐだけで分注液が漏れるのを防ぐことができ、再利用可能であり、分注液の保存が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例の液体分注装置を制御系とともに概略的に示すブロック図である。
【図2】一実施例の液体分注装置を示す概略断面図である。
【図3】他の実施例の液体分注装置を示す概略断面図である。
【図4】同実施例の液体分注装置を組み立てた状態で示す概略断面図である。
【図5】さらに他の実施例を示す正面断面図である。
【図6】従来の液体分注装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
1 ピエゾチップによる分注機構
2 ストロボ
3 液滴
5 ターゲット
4 CCDカメラ
6 分注制御ユニット
7 制御コンピュータ
8 圧力制御機構
10 液体吐出部
11 吐出口
13 上端開口
15 下端開口の蓋
16 中空針
17 流路
18 液体吐出素子
20,20a 分注液容器
21 分注液
30 エアー導入ヘッド
33 アーム
36 ロック
Claims (6)
- 下端に吐出口をもち、上端にその吐出口につながる中空針をもち、前記吐出口と中空針の間の流路に液体を吐出させる液体吐出素子を備えた液体吐出部と、
下端と上端に開口をもち前記下端開口が蓋により閉じられて内部に分注液を収容する容器で、前記下端開口の蓋が前記中空針により貫通でき、かつその貫通した中空針を引き抜くとその貫通穴を弾性によって閉じることのできる弾性部材により構成されている分注液容器とを備えたことを特徴とする液体分注装置。 - 前記分注液容器の前記上端開口につながり、前記分注液容器内の圧力を調整する圧力制御機構をさらに備えている請求項1に記載の液体分注装置。
- 前記圧力制御機構は前記分注液容器の前記上端開口に着脱可能に接続されるエアー導入ヘッドを備えている請求項2に記載の液体分注装置。
- 前記エアー導入ヘッドを一端部で保持するアーム機構を備え、
該アーム機構は前記エアー導入ヘッドを前記分注液容器の前記上端開口に装着した状態と前記上端開口から離脱した状態との間で移動できるように他端部でこの液体分注装置に回動可能に支持され、かつ
該アーム機構は前記エアー導入ヘッドが前記上端開口に装着した状態において前記エアー導入ヘッドを前記分注液容器の方向に押しつける付勢機構を備えている請求項3に記載の液体分注装置。 - 下端と上端に開口をもち前記下端開口が蓋により閉じられて内部に分注液を収容する容器で、前記下端開口の蓋が針により貫通でき、かつその貫通した針を引き抜くとその貫通穴を弾性によって閉じることのできる弾性部材により構成されていることを特徴とする分注液容器。
- 前記上端開口は着脱可能なシール部材により封止され、使用時にはそのシール部材が剥がされるようになっている請求項3に記載の分注液容器。
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