JP2006098336A - 分注機 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルの吸排異常の発生を防止すると共に、発生した場合にはそれを確実に検出でき、保守・点検が容易な分注機及び分注装置を提供する。
【解決手段】先端部で液状試料を吸排するノズル１６と、ベース部材２６に保持され、ベース端部２６Ａから軸方向に着脱自在なシリンジ２０と、ノズル１６の後端部を支持してベース端部２６Ａに着脱自在に固定され、該ノズル１６とシリンジ２０とを非同一軸上に連通させる管路３０Ａが形成されたブロック部材３０とを備え、ベース部材２６に、シリンジ２０に近接するベース端部２６Ａに開口する第１の圧力検出用孔２２が形成され、ブロック部材３０に、第１の圧力検出用孔２２と管路３０Ａとを連通する第２の圧力検出用孔２４が形成されていると共に、ベース端部２６Ａ近傍のベース部材２６に、第１の圧力検出用孔２２を介してノズル１６内の圧力を検出する圧力センサ２８が付設された分注機。
【選択図】図２

Description

本発明は、試薬、検体等の液状試料の分注に用いられる分注機に関する。

従来、血液や尿等の分析において、試薬、検体等の液状試料を吸排するためのノズルと、該ノズルに連結されたシリンジと、該シリンジ内に摺動自在に嵌挿されるピストンと、を有する分注機を備えた分注装置が用いられている。この分注装置は通常複数の分注機を備えている。

ノズルは先端部がチップと称される交換可能な細い筒状の部材で構成されており、チップ内に液状試料を吸引してマイクロプレートの凹部や試験管等に排出・分注し、種類が異なる液状試料を吸引する場合はチップを交換することで、ノズル内で試薬や検体が混ざり合うことを防止している。

正確な分析を行なうためには、チップ内に限定して液状試料を吸引するように適量の液状試料を吸引し、マイクロプレートの凹部や試験管等に所望量の液状試料を正確に排出・分注する必要がある。

しかしながら、チップは細い筒状の部材であるため、液状試料に含まれる固形成分等で閉塞されることがあり、これにより液状試料の吸引量、排出量にばらつきが生じたり、吸引、排出（吸排）自体が困難となることがある。又、補給ミス等で液状試料が欠乏することがあり、これにより吸引量、排出量がばらつくこともある。

これに対し、ノズル内の圧力を検出するための圧力センサを備え、圧力信号に基づいてチップの閉塞、液状試料の欠乏等の吸排異常を検出するようにした分注機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−３３１６３２号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示されている分注機には、圧力センサとノズルとの間に、剛性が低い連通管やシリンジが介在されているため、ノズル内の圧力の検出精度が低く、吸排異常等を確実に検出することが困難であるという問題があった。

又、ノズルとシリンジとが軸方向を一致させて同一軸上に連結されていたため、ピストンシールの交換等のためにシリンジを着脱する際に、ビストンとそのガイド部材やシール部材との摩擦により発生する摩耗粉等の異物がノズル内に落下し、吸排異常の原因となるという問題もあった。

又、分注機は、ピストン及びシリンジの摺動部をシールするピストンシールの交換等のため、シリンジを定期的に着脱して保守・点検を行なう必要があるが、シリンジに連通管が連結されている場合、連通管も着脱しなければならず、保守・点検の作業効率が低いという問題があった。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたもので、異物混入によるノズルの吸排異常が発生することが防止できる上に、ノズルの吸排異常が発生した場合は、それを確実に検出でき、保守・点検が容易な分注機及び分注装置を提供することをその課題とする。

本発明は、分注機において、先端部で液状試料を吸排するノズルと、ベース部材に保持され、ベース端部から軸方向に着脱自在なシリンジと、前記ノズルの後端部を支持して前記ベース端部に着脱自在に固定され、該ノズルと前記シリンジとを非同一軸上に連通させる管路が形成されているブロック部材とを備え、前記ベース部材に、前記シリンジに近接するベース端部に開口する第１の圧力検出用孔が形成され、前記ブロック部材に、前記第１の圧力検出用孔と前記管路とを連通する第２の圧力検出用孔が形成されていると共に、前記ベース端部近傍のベース部材に、前記第１の圧力検出用孔を介して前記ノズル内の圧力を検出する圧力センサが付設されているようにしたことにより、前記課題を解決したものである。

本発明においては、又、前記シリンジとその内側を摺動するピストンとの間をシールするためのピストンシールが、前記シリンジ側に取付けられ、前記シリンジと共に着脱自在とするようにしてもよい。

又、前記ブロック部材に形成されている管路に、前記シリンジの軸方向に陥没した凹部が形成されているようにしてもよい。

又、前記第１の圧力検出用孔と前記第２の圧力検出用孔との連結を気密にするためのシール部材が、前記ベース端部と前記ブロック部材の間に挟持されているようにしてもよい。

又、前記圧力センサの出力信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器が備えられているようにしてもよい。

又、前記圧力センサの出力信号を増幅するためのアンプが備えられているようにしてもよい。

又、前記ピストンを駆動するためのドライバが備えられているようにしてもよい。

又、前記圧力センサの出力信号に基づいて前記ノズルの吸排異常を検出するための異常検出手段が備えられているようにしてもよい。

本発明は、ノズル内の圧力が、ノズルに近接配置された圧力センサに、連通管を介さずに伝達されるようにしたので、圧力の伝達遅れを著しく小さくすることができ、ノズル内の小さな圧力変化を高精度で検出できる。

又、圧力センサとシリンジとの間にベース部材が介在しており、圧力センサをベース部材に取付けた状態でベース部材にシリンジを着脱できるので、圧力センサからリード線等を取り外す作業が不要となり、ピストンシールの点検、交換が容易となる。

又、シリンジとノズルとを非同一軸上に配置するようにしたので、ピストンとそのガイド部材やシール部材との摩擦で発生する摩耗粉が、直接ノズルの管内に落下することを防ぐことが可能となり、液体や容器への異物の混入等が防止できる。

又、前記第１の圧力検出用孔と第２の圧力検出用孔との継ぎ目を気密にするためのシール部材を、前記ブロック部材と前記ベース端部との間に挟持されるように配置する場合には、シリンジの着脱時に該ブロック部材をねじ等で締め付けるだけで両孔間の気密を達成できるため、シール部材が摺動部に設けられている場合に比べ、該シール部材を圧縮する際の抵抗を極めて小さくすることができ、作業性を向上することができる。

又、圧力センサの近傍に圧力センサのアナログ信号を増幅するアンプを備えたので、ノイズの影響を受けることを防止でき、精度良く圧力を検出できる。更に、Ａ／Ｄ変換器をベース部材の上方部に配して、アンプからのアナログ信号をデジタル信号に変換して制御手段に送出するようにしたので、外部からのノイズや、配線の容量（抵抗、キャパシタ）に左右されることなく、圧力信号を制御手段に伝達できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図１に示されるように、本実施形態に係る分注装置１０は、複数の分注機１２を備えた構成を有している。なお、図中の符号１３は、検体、試薬等の液状試料を収容するためのマイクロプレートである。分注機１２以外の構成については、従来の分注装置と同様であるので、その説明は適宜省略する。

この分注機１２は、図２及び図３に示されるように、マイクロプレート１３に貯留されている液状試料１４を先端部で吸排するためのノズル１６と、ベース部材２６に保持され、ベース端部２６Ａから軸方向に着脱自在なシリンジ２０と、前記ノズル１６の後端部を支持した状態で、前記ベース端部２６Ａにねじ３１により着脱自在に固定され、該ノズル１６と前記シリンジ２０とを非同一軸上に連通させる管路３０Ａが形成されているブロック部材３０とを備えている。

そして、前記ベース部材２６には、前記シリンジ２０に近接するベース端部２６Ａに開口する第１の圧力検出用孔２２が形成され、前記ブロック部材３０には、前記第１の圧力検出用孔２２と前記管路３０Ａとを連通する第２の圧力検出用孔２４が形成されていると共に、前記ベース端部２６Ａ近傍のベース部材２６の外側には、前記第１の圧力検出用孔２２を介して前記ノズル１６内の圧力を検出する圧力センサ２８が付設されている。

前記ノズル１６は、図中上下方向に配置された筒状体で、ピペットノズル１６Ａと、ピペットノズル１６Ａの下端に着脱自在に装着されたチップ１６Ｂと、を有して構成され、チップ１６Ｂが下方に突出するようにブロック部材３０に後端部が支持されている。又、ブロック部材３０は、前記ねじ３１でベース部材２６のベース端部２６Ａに固定されることにより、ベース部材２６の内部に保持されているシリンジ２０の下方への動きを規制している。

又、前記第１の圧力検出用孔２２と前記第２の圧力検出用孔２４との連結を気密にするためのＯーリング（シール部材）２３が、前記ベース端部２６Ａと前記ブロック部材３０の間に挟持されている。

前記ピストン１８は、上下方向に配置された棒状体で、その上端には送りねじ３２が同軸的に取付けられている。又、送りねじ３２の下端近傍にはセンサードグ３４がセットスクリュー等で固定され、該センサードグ３４に係合するドグガイド３６により、ピストン１８及び送りねじ３２は、上下方向に案内されると共に軸廻りの回転が規制されている。又、ドグガイド３６の下方近傍には、ピストン１８の下限位置を検出するための下限位置センサ３７が設置されている。

送りねじ３２には、内側にめねじが形成された歯車３８が螺合している。歯車３８には歯車４０が噛合しており、該歯車４０は、ステッピングモータ４２の出力軸に取付けられている。この歯車３８は軸受４４により回転自在に支持されると共に、スラスト方向の動きが規制されている。又、ステッピングモータ４２は、ベース部材２６に直接接触しないようにブラケット等を介してベース部材２６に保持されている。

又、軸方向を上下にして非同軸上に配置されているシリンジ２０とノズル１６とを連通すると共に、第２の圧力検出用孔２４にも連通している、前記ブロック部材３０に形成された管路３０Ａには、該シリンジ２０の軸方向に陥没した凹部３０Ｂが形成されている。

又、図４に示されるように、シリンジ２０の上端部４８の内側には、周方向の溝４８Ａが形成され、該溝４８Ａにはピストン１８及びシリンジ２０の摺動部をシールするためのピストンシール５０が取付けられている。なお、上端部４８は、シリンジ２０の本体に嵌合・接着されている。

前記ベース部材２６には、シリンジ２０が収容可能なシリンジ保持孔２６Ｂが形成されている。この保持孔２６Ｂに収容され、保持されているシリンジ２０は、下端部２０Ａが前記ブロック部材３０に嵌入されて支持されていると共に、該下端部２０Ａの周囲に装着されたＯ−リング２１により、前記管路３０Ａとの間の気密が保持されている。

又、この保持孔２６Ｂに近接して形成されている第１の圧力検出用穴２２は、一方の開口部が圧力センサ２８の取付用に水平方向に開口され、他端の開口部がブロック部材３０が当接された状態で第２の圧力検出用孔２４と合致するように下向きに開口されている。従って、第１の圧力検出用孔２２と第２の圧力検出用孔２４とは、ブロック部材３０がベース部材２６に当接された状態で連通され、且つ両者間はシール部材２３により気密に保持されている。なお、ベース部材２６とブロック部材３０は、いずれも金属やプラスチック等の単一の部材からなる構成としても良く、複数の部材を組合わせて構成してもよい。

前記圧力センサ２８は、一部が第１の圧力検出用孔２２内に入り込むように、ベース部材２６の外側に取付けられている。この圧力センサ２８は、図示省略するが、大気圧を検出するための第１のセンサと、一部が第１の圧力検出用孔２２内に入り込み、第１と第２の圧力検出用孔２２、２４を介してノズル１６内及びシリンジ２０内の圧力を検出するための第２のセンサとが、基板の表裏にそれぞれ取付けられた一体構成になっている。

又、圧力センサ２８の近傍には、該圧力センサ２８の出力信号を増幅するためのアンプ５２が配置され、該圧力センサ２８に接続されている。又、アンプ５２には、増幅した圧力センサ２８のアナログ出力信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器５４が接続されている。ベース部材２６の上端部側に設置されている制御手段５６に前記Ａ／Ｄ変換器５４が搭載されており（図２、図５参照）、このＡ／Ｄ変換器５４は差動増幅回路を備えており、ステッピングモータ４２に起因するコモンモードノイズを相殺するように構成されている。

図５に示されるように、制御手段５６は、具体的にはマイクロコンピュータ、パーソナルコンピュータ等の、所定のコンピュータプログラムを実行するように構成されたコンピュータ（ＣＰＵ）を含む制御回路である。この制御手段５６には、圧力センサ２８の出力信号に基づいてノズル１６の吸排異常を検出するための、コンピュータプログラムからなる異常検出手段５８が備えられている。

又、制御手段５６は、ステッピングモータ・ドライバ５５と外部とのインターフェース（Ｉ／Ｆ）を備え、該Ｉ／Ｆから入力される指定分注量に基づいてＣＰＵからステッピングモータ・ドライバ５５に駆動信号を送ることにより、該ステッピングモータ・ドライバ５５にてステッピングモータ４２を駆動する。なお、異常検出手段５８からの異常信号を受信すると前記駆動信号を停止して、前記Ｉ／Ｆを介して外部へ異常であることを出力する。

次に、分注装置１０の作用について説明する。まず、ノズル１６の吸引異常を検出する作用について説明する。

液状試料１４を吸引する時は、まず、ステッピングモータ４２を駆動して歯車４０及び３８を回転させてピストン１８を上昇させる。これにより、ノズル１６内に負圧が供給されることになるが、この状態で、分注機１２を下降させてノズル１６のチップ１６Ｂを液状試料１４に浸入させると、チップ１６Ｂに液状試料１４が吸引される。なお、上方から内部の空気が吸引されつつあるチップ１６Ｂが液状試料１４に浸入されると、ノズル１６内の圧力が低下するので、この圧力低下を圧力センサ２８で検出することで、チップ１６Ｂが液状試料１４の液面に到達したことを検出することができる。所望の吸引量に達したところで液状試料１４の吸引を停止する。

ノズル１６内の圧力は、第１の圧力検出用孔２２、第２の圧力検出用孔２４を介して圧力センサ２８に伝達される。圧力センサ２８が出力する圧力信号は、アンプ５２で増幅され、Ａ／Ｄ変換器５４でデジタル信号に変換されて制御手段５６に伝達される。

図６に符号Ａを付した曲線で示されるように、液状試料１４の吸入開始直後はノズル１６内の圧力が急激に低下するが、一定時間が経過するとノズル１６内の圧力は安定する。

これに対し、液状試料１４の吸引中に液状試料１４中の固形成分等でノズル１６が閉塞されると、図中に符号Ｂを付した曲線で示されるように、ノズル１６内の圧力は急激に低下する。

又、液状試料１４の吸引中に液状試料１４が欠乏すると、図中に符号Ｃを付した曲線で示されるように、ノズル１６内の圧力は一旦急激に低下した後、急激に上昇する。

異常検出手段５８は、液状試料１４の吸入を開始してから一旦安定したノズル１６内の圧力が急激に低下したことに基づいて、ノズル１６の吸引異常が発生したことを検出することができる。更に、異常検出手段５８は、吸引異常のために一旦急激に低下したノズル１６内の圧力がその後も低下していることを検出することで、吸引異常がノズル１６の閉塞であることを判別でき、一旦急激に低下したノズル１６内の圧力がその後上昇に転じたことを検出することで、吸引異常が液状試料１４の欠乏であることを判別することができる。

圧力センサ２８がノズル１６の近傍に配置されており、更に、ノズル１６に近接して形成された第１の圧力検出用孔２２、第２の圧力検出用孔２４を介して、該圧力センサ２８によりノズル１６内の圧力を検出しているので、ノズル１６内の圧力を高精度で検出することができる。

又、ステッピングモータ４２は、ベース部材２６に直接接触していないので、ステッピングモータ４２を駆動しても、ステッピングモータ４２からベース部材２６へ伝熱が抑制されることになり、圧力センサ２８の温度変化も抑制されるため、この点でもノズル１６内の圧力の検出精度が高められている。

又、圧力センサ２８から出力される圧力信号は圧力センサ２８の近傍でアンプ５２により増幅されるので、圧力センサ２８とアンプ５２との間ではノイズが混入しにくく、アンプ５２から増幅して出力された後に圧力信号にノイズが混入しても、ノイズの影響は相対的に小さく抑制される。

更に、アンプ５２で増幅された圧力信号はＡ／Ｄ変換器５４でデジタル信号に変換されて制御手段５６に伝達される。このＡ／Ｄ変換器５４は差動増幅回路を備えているので、ステッピングモータ４２に起因するコモンモードノイズが相殺される。即ち、圧力信号は、分注機１２内でノイズの影響が充分抑制されつつデジタル信号に変換され、ノイズの影響を受けにくいデジタル信号として制御手段５６に伝達される。更に、ステッピングモータ・ドライバ５５、制御手段５６が近傍に設置されているため、伝送経路でのノイズ混入防止への信頼性が高まる。

従って、制御手段５６は、ノズル１６内の圧力を高精度で検出し、異常検出手段５８は、ノズル１６の吸引異常を確実に検出することができる。

なお、ここまでは液状試料１４を吸引する場合について説明したが、ノズル１６から液状試料１４を排出する場合についても同様にノズル１６内の圧力を高精度で検出できるので、異常検出手段５８が、ノズル１６の排出異常を確実に検出することができる。

異常検出手段５８が吸排異常を検出した場合、制御手段５６は制御信号を出力してステッピングモータ４２を停止させて液状試料１４の吸排を中止すると共に警告灯、警告音等で吸引異常が発生したことをオペレータに知らせる。

オペレータは、状況に応じて、閉塞されたチップ１６Ｂの交換や検体、マイクロプレートの交換等を行い、分析作業等を再開する。このように、チップ１６Ｂを交換しつつ、液状試料１４を吸引、排出を繰返すことにより、連続して検体の分析等を行うことができる。

使用条件によっては、ピストン１８が摺動するガイド部材４８又はピストンシール５０から摩耗粉が発生し、該摩耗粉がピストンシール５０に塗布されたグリスに混入し、場合によってはシリンジ２０の摺動管に沿って落下することがある。

ところが、本実施形態では、シリンジ２０とノズル１６とは非同軸上に配置されている上に、前記ブロック部材３０には、シリンジ２０の軸方向に低い凹部３０Ｂが形成され、ノズル１６との間に一段高いバリア３０Ｃが形成された構造になっている管路３０Ａにより中継して連通されているため、摩耗粉は直接ノズル１６内に落下することがない上に、落下したとしても凹部３０Ｂに捕捉されることになるため、ノズル１６の管内に侵入することは確実に防止される。

次に、シリンジ２０の保守・点検時の作用について説明する。

まず、ベース部材２６にブロック部材３０を固定しているねじ３１を取外す。この状態でブロック部材３０と共にシリンジ２０を下方に引き出すことにより、ノズル１６、ブロック部材３０及びシール部材２３と、シリンジ２０及びピストンシール５０とを、それぞれ一体でベース部材２６から取外すことができる。

シリンジ２０の点検を行い、必要に応じてピストンシール５０を交換する。これらの作業が完了したら、上記と逆の要領で、シリンジ２０をベース部材２６のシリンジ保持孔２６Ａに嵌入し、ブロック部材３０をねじ３１で固定することで、シリンジ２０及びピストンシール５０と、ノズル１６、ブロック部材３０及びシール部材２３とを、それぞれ一体でベース部材２６に取付けることができる。又、ブロック部材３０をねじ３１でベース部材２６に固定する際、シール部材２３は、ブロック部材３０がベース部材２６に密着する間際でのみ圧縮されるだけなので、シリンジ２０をシリンジ保持孔２６Ａに容易に嵌入することができるため、極めて作業性が良い。

又、圧力センサ２８は、シリンジ２０を保持するベース部材２６の外側に付設されているため、該圧力センサ２８をベース部材２６に取付けた状態で、シリンジ２０及びピストンシール５０を着脱できるので保守・点検が容易である。

なお、本実施形態において、分注機１２は、圧力センサ２８の圧力信号を増幅するためのアンプ５２を備えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧力信号に含まれるノイズが充分小さい場合には、アンプを省略し、圧力センサ２８と、Ａ／Ｄ変換器５４と、を直接接続してもよい。

又、本実施形態において、分注機１２は、圧力センサ２８の圧力信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器５４を備えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧力信号に含まれるノイズが充分小さい場合には、分注機から分離した位置にＡ／Ｄ変換器を設置してもよい。

又、本実施形態において、前期ブロック部材３０の管路３０Ａには凹部３０Ｂが形成されている場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、平坦な形状であってもよい。

本発明は、試薬、検体等の液状試料の分注に用いられる分注機及び分注装置に利用することができる。

本発明の一実施形態にかかる分注装置の概略構造を示す斜視図 同分注装置の分注機の構造を模式的に示す側断面図 同分注機のシリンジの下端近傍の構造を拡大して示す側断面図 同分注機の分注機のピストンシール周辺の構造を拡大して示す側断面図 同分注機の制御系の概要を示すブロック図 同分注機による液状試料の吸引時のノズル内の圧力の経時的な変化を模式的に示すグラフ

符号の説明

１０…分注装置
１２…分注機
１３…マイクロプレート
１４…液状試料
１６…ノズル
１６Ａ…ピペットノズル
１６Ｂ…チップ
１８…ピストン
２０…シリンジ
２２…第１の圧力検出用孔
２３…シール部材
２４…第２の圧力検出用孔
２６…ベース部材
２６Ａ…ベース端部
２８…圧力センサ
３０…ブロック部材
３０Ａ…管路
３０Ｂ…凹部
４２…ステッピングモータ
５０…ピストンシール
５２…アンプ
５４…Ａ／Ｄ変換器
５６…制御手段
５８…異常検出手段

Claims (8)

1. 先端部で液状試料を吸排するノズルと、ベース部材に保持され、ベース端部から軸方向に着脱自在なシリンジと、前記ノズルの後端部を支持して前記ベース端部に着脱自在に固定され、該ノズルと前記シリンジとを非同一軸上に連通させる管路が形成されているブロック部材とを備え、
   前記ベース部材に、前記シリンジに近接するベース端部に開口する第１の圧力検出用孔が形成され、
   前記ブロック部材に、前記第１の圧力検出用孔と前記管路とを連通する第２の圧力検出用孔が形成されていると共に、
   前記ベース端部近傍のベース部材に、前記第１の圧力検出用孔を介して前記ノズル内の圧力を検出する圧力センサが付設されていることを特徴とする分注機。
2. 請求項１において、
   前記シリンジとその内側を摺動するピストンとの間をシールするためのピストンシールが、前記シリンジ側に取付けられ、前記シリンジと共に着脱自在とされていることを特徴とする分注機。
3. 請求項１又は２において、
   前記ブロック部材に形成されている管路に、前記シリンジの軸方向に陥没した凹部が形成されていることを特徴とする分注機。
4. 請求項１、２又は３において、
   前記第１の圧力検出用孔と前記第２の圧力検出用孔との連結を気密にするためのシール部材が、前記ベース端部と前記ブロック部材の間に挟持されていることを特徴とする分注機。
5. 請求項１において、
   前記圧力センサの出力信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器が備えられていることを特徴とする分注機。
6. 請求項１において、
   前記圧力センサの出力信号を増幅するためのアンプが備えられていることを特徴とする分注機。
7. 請求項１において、
   前記ピストンを駆動するためのドライバが備えられていることを特徴とする分注機。
8. 請求項１において、
   前記圧力センサの出力信号に基づいて前記ノズルの吸排異常を検出するための異常検出手段が備えられていることを特徴とする分注機。

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