JP2007064676A - 自動分注装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の分注チップ容器を小さな空間に配置可能な、効率の良い自動分注装置を提供する。
【解決手段】 自動分注装置１は、分注チップ９を収納する分注チップ容器５を複数個備え、少なくとも一つの分注チップ容器が保持する分注チップの上面高さが、他の分注チップ容器が保持する分注チップの上面高さと差があるように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は自動分注装置に関し、特に、分注チップを収納する分注チップ容器を効率よく配置することによって小型化ができる自動分注装置に関する。

生化学分野等で行なわれる試験や分析においては、検体や試薬等の液体を試料容器に小分けして移注する分注作業が行なわれる。分注作業は、分注チップを装着した分注ヘッドによって液体を吸引・吐出することにより行なわれる。分注チップは、通常、使い捨てタイプであり、使用後は分注ヘッドから取り外し、使用毎に新しい分注チップと交換される。

近年、分注作業の量は膨大傾向にあり、手動による分注作業では効率が悪い。そのため、近年では、分注作業が手動から自動へと移行している。

自動分注装置は、分注チップを分注ヘッドに装着し、液体の吸引及び吐出の分注動作を行ない、分注チップを分注ヘッドから取り外すという一連の動作を行なう。自動分注装置のステージ上には、分注チップを収納しておく分注チップ容器や、分注チップに吸引される液体を貯蔵しておく試薬容器、分注チップに吸引された液体が吐出されるマイクロプレートなどの各種容器がその用途に応じて配置される。

ここで、これらの容器をただ単純に平面状に並べただけでは大型の装置になってしまう。また、スタッカにこれら容器を配置しロボットを使用して搬送させるような装置にした場合、高額な装置となってしまう。そこで、特許文献１は、分注チップを複数本重ねて分注チップ容器に配置するという技術によって分注チップ容器の配置スペースを小さくし、自動分注装置を小型化する方法を考案している。

特許第３３９５６１０号

特許文献１に示す従来の技術では、分注ヘッドに装着される分注チップの本数が毎回同じ場合、例えば特許文献１の実施例に示されているような、血清を液体ラックから分注容器に移し替えるだけの比較的単純な運転工程であれば非常に有効な手段となる。オペレータは分注チップ容器の収納穴に同数の分注チップを重ねてセットしておくだけで良い。

しかしながら、自動分注装置の一実施例として一般的に行なわれている酵素反応などの運転工程は、必ずしも上記のような単純な工程だけに限らない。例えば１回目の分注工程は８本の分注チップを装着して運転し、２回目の分注工程は６本の分注チップを装着して運転、３回目の分注工程は１２本の分注チップを装着して運転、といったように、分注チップの使用数が工程毎に異なる場合がある。

特許文献１の方法では、使用する本数が異なる分注チップを重ねて配置することができないため、上記のような運転工程には不向きである。

通常このような運転工程を行なう場合、分注チップ容器に予め使用する本数の分注チップを列毎に収納しておき、分注ヘッドを下降させて分注チップを装着させる。このとき、必ずしも分注ヘッドのすべてのノズルに分注チップが装着される訳ではなく、いくつかのノズルには分注チップが装着されないことになる。

例えば１２本の分注チップを装着可能な分注ヘッドを使用し、分注ヘッドの左端のノズル１本だけに分注チップを装着する場合について説明する。分注チップは必ずしも分注チップ容器の左端の収納穴に収納されている訳ではなく、最も極端な場合、分注チップ容器の右端の収納穴に収納されている分注チップを装着しなければならない場合がある。この理由は、オペレータの作業性を考慮し、必要数の分注チップを分注チップ容器に収納する際、収納穴の一方の端から順に収納した方が、分注チップを収納する作業を容易に行なえるからである。

このように、左端のノズル１本だけに分注チップ容器の右端の位置に収納された分注チップを装着する場合、分注ヘッドの右側残り１１箇所のノズル部は、分注チップが装着されていない状態で分注チップ容器の外側の空間にはみ出すことになる。

そのため、分注チップ容器の近傍、つまり分注ヘッドが分注チップ容器からはみ出す範囲に、他の容器を配置することが困難となる。特に分注チップ容器を複数個配置する場合、分注チップ容器を近接して配置すると、分注チップを装着するときに、分注ヘッドの未装着ノズル部が他の分注チップ容器に収納された分注チップに干渉してしまうため、分注チップ容器同士の間隔を大きくとる必要がある。そのため、装置自身が大型になってしまうという課題があった。

そこで、本発明は、複数の分注チップ容器を小さな空間に配置可能な、効率の良い自動分注装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、複数の分注チップを装着し、液体の吸引及び吐出が可能な分注ヘッドと、分注ヘッドを水平方向並びに鉛直方向に移動させる移送手段と、分注ヘッドが稼動可能な範囲の鉛直下方向の位置に分注チップを収納する分注チップ容器を複数備え、少なくとも一つの分注チップ容器が保持する分注チップの上面高さが、他の分注チップ容器が保持する分注チップの上面高さと差があることを特徴とする自動分注装置を提供している。

また、一つの分注チップ容器が保持する分注チップの上面高さと、隣り合う他の分注チップ容器が保持する分注チップの上面高さとの差が、分注ヘッドのノズル部に分注チップが勘合する長さ以上とするのが好ましい。

請求項１に記載の自動分注装置によれば、少なくとも一つの分注チップ容器が保持する分注チップの上面高さが、他の分注チップ容器が保持する分注チップの上面高さと差があるので、分注ヘッドに分注チップを装着する際、分注ヘッドの未装着のノズル部が隣り合う他の分注チップに収納された分注チップに干渉することがないので、分注チップ容器同士を近接して配置することが可能となり、自動分注装置を小型化することができる。

請求項２に記載の自動分注装置によれば、一の分注チップ容器が保持する分注チップの上面高さと、隣り合う他の分注チップ容器が保持する分注チップの上面高さとの差が、分注ヘッドのノズル部に分注チップが勘合する長さ以上としているので、分注ヘッドの未装着ノズル部が、他の分注チップ容器に収納された分注ヘッドに確実に干渉しないようにすることができる。

本発明の第一の実施形態による自動分注装置について図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態による自動分注装置１の斜視図である。自動分注装置１は、移送部２と、分注ヘッド３を備え、ステージ４上に、分注チップ容器５と、試薬容器６と、マイクロプレート７と、廃棄容器８とを備えている。

図１に示す例では、分注チップ容器５を２個（第一の分注チップ容器５Ａ、第二の分注チップ容器５Ｂ）と、試薬容器６を２個（第一の試薬容器６Ａ、第二の試薬容器６Ｂ）と、マイクロプレート７を１個と、廃棄容器８を１個ステージ７上に配置している。第一の分注チップ容器５Ａ、第一の試薬容器６Ａ、廃棄容器８が一列に並んでおり、これらと平行に第二の分注チップ容器５Ｂ、第二の試薬容器６Ｂ、マイクロプレート７が一列に並んでいる。

本実施の形態では、第一の分注チップ容器５Ａ、第一の試薬容器６Ａ、廃棄容器８の順番に並ぶ方向をＸ軸のプラス方向とする。また、Ｘ軸と直交し、かつ、第一の分注チップ容器５Ａから第二の分注チップ容器５Ｂへ向かう方向をＹ軸のプラス方向とする。また、分注ヘッド３の移動に関しては、分注ヘッド３が下降する方向をＺ軸のプラス方向、上昇する方向をＺ軸のマイナス方向とする。

移送部２は、図示しないステッピングモータにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向にそれぞれ駆動される。分注ヘッド３は、移送部２の先端に配置されており、一列に並んで配置された１２連のシリンジ（図示せず）を備えており、隣り合うシリンジ同士の間隔は、９ｍｍとなっている。シリンジの先端には分注チップ９を装着するノズル１０が設けられている。

分注チップ容器５は、分注チップ９を収納するための容器であり、９ｍｍ間隔で分注チップ収納ウェルが設けられている。オペレータは、図示していない自動分注装置の制御装置（例えばパソコン）を用いて運転工程を決定し、制御装置の表示部には、その運転工程を行なうために必要な分注チップ９の配置図を表示するようにしているので、自動分注装置１の運転を開始する前に、分注チップ容器５の所定の収納ウェルに分注チップ９を配置しておく。

分注動作を開始すると、まず移送部２によって分注ヘッド３を分注チップ容器５の上空所定の位置に移動し、分注ヘッド３を下降させて、分注ヘッド３のノズル部１０を分注チップ容器５に収納された分注チップ９に圧入して装着する。

試薬容器６には、分注ヘッド３によって分注チップ９内に吸引される試薬が収容されている。マイクロプレート７には、縦８個、横１２個の９６個のウェルが９ｍｍ間隔で格子状に配置されており、ウェルには、分注チップ９内に収容された試薬が吐出される。

廃棄容器８は、使用済みの分注チップ９が廃棄されるための容器である。分注動作終了後、移送部２は分注ヘッド３を廃棄容器８上空に移動し、図示していない分注チップ取り外し機構によって分注ヘッド３から分注チップ９を取り外し、廃棄容器８に落下させる。以上のように、自動分注装置１は、分注チップ９を分注ヘッド３に装着し、試薬等の液体を吸引及び吐出動作を行ない、分注チップ９を取り外すまでの一連の動作を設定された内容に従って繰り返す。

図２は、第一の分注チップ容器５Ａ及び第二の分注チップ容器５Ｂ、並びに分注ヘッド３の位置関係を示した側面図である。第一の分注チップ容器５Ａ、第二の分注チップ容器５Ｂは、それぞれ高さの異なる第一の分注チップ容器台座１１Ａ、第二の分注チップ容器台座１１Ｂ上に配置されている。

ステージ４から第一の分注チップ容器５Ａが保持する分注チップ９の上面までの高さ方向の寸法をＨ１、第二の分注チップ容器５Ｂが保持する分注チップ９の上面までの高さをＨ２とし、Ｈ１とＨ２の差をＨとする。また、分注ヘッド３先端のノズル１０に分注チップ９が装着されたときの、ノズル１０と分注チップ９の勘合部の長さをＬとする。

ここで、ノズル１０に分注チップ９が装着されるときの詳細について説明する。図３に示すように分注チップ９は短い略管状部９ａと略円錐形状部９ｂからなり、管状部９ａの内径は僅かにテーパを有している。管状部９ａの開口部側からノズル１０の先端を挿入し、１本のノズル１０に対して１本の分注チップ９が取付けられる。分注チップ９の管状部９ａはテーパを有しているため、ノズル１０が分注チップ９に挿入されると管状部９ａのテーパによって、分注チップ９がノズル１０に圧着されて、分注チップ９がノズル１０に保持された状態となる。

より具体的には、分注チップ９は、ノズル１０に取付けられる前の時点では、径の大きい一端の開口が鉛直上向きの状態とされて分注チップ容器５に収納される。移送部２によって分注ヘッド３が分注チップ９の上方へ移動され、更に分注ヘッド３が鉛直下方へ移動され、分注チップ９の径の大きい一端の開口からノズル１０挿入し、分注チップ９の管状部９ａのテーパの部分によってがノズル１０に圧着されて、ノズル１０に分注チップ９が取付けられる。

このようにしてノズル１０に分注チップ９が取付けられたときの、ノズル１０と分注チップ９が勘合する長さをＬとする。

ところで、図２に示す例では、ノズル１０の左端１箇所だけに、分注チップ容器５Ｂの右端の収納ウェルに収納された分注チップ９を装着するときの図を示している。つまり残り１１箇所のノズル１０は分注チップ容器５Ｂからはみ出した形になっている。

ここで、上記未装着ノズル１０が、分注チップ容器５Ａに収納された分注チップ９と干渉しないように、Ｈ＞Ｌという位置関係にしている。即ち、近接する二つの分注チップ容器５が保持する分注チップ９の上面高さの寸法差Ｈを、ノズル１０に分注チップ９が勘合する長さＬよりも大きくすることで、未装着ノズル１０が他の分注チップ容器５に保持された分注チップ９に干渉することなく、分注チップ容器５同士を近接して配置可能にしている。

ところで、従来の自動分注装置では、第一工程で１本だけ分注チップを使用し、第二工程では１１本の分注チップを使用する場合などは、分注チップ容器５の１列目に、１本の分注チップのみを配置し、２列目に、１１本の分注チップを配置するようにしていた。

そのため、分注チップ容器５には分注チップ９の配置されない部分が生じてしまい、分注チップ容器５を有効に使用することができなくなり、全工程分の分注チップ９を準備するには、大量の分注チップ容器５が必要になり、自動分注装置が大型化してしまうという問題があった。

しかしながら、本発明のように第一及び第二の分注チップ容器５Ａ，５Ｂをノズル１０に分注チップ９が勘合する長さＬよりも大きい段差を有するように配置することにより、第一工程で１本だけ分注チップを使用し、第二工程では１１本の分注チップを使用する場合であっても、分注チップ容器５の一列目に、１２本の分注チップ９を配置することが可能となり、分注チップ容器５を有効に使用することができ、自動分注装置の小型化が可能となる。

更に、最近では分注チップ容器５の分注チップ９保持部に分注チップが全て配置された状態で販売されている。こうした場合、従来のように、分注チップ９が同一の高さに配置された場合不要な部分の分注チップ９を抜取る作業が必要となり、作業者への負担となっていた。しかしながら、本発明の自動分注装置の場合では、図示していない制御装置に入力された運転工程から、分注ヘッド３が必要に応じて分注チップ容器５に配置されている分注チップ９を装着するようにすることもできるため、不要な分注チップ９を抜取る作業が無くなり、作業者への負担を軽減することができるともに、本体の小型化が可能である。

図２に示すように、第一の分注チップ容器５Ａ及び第二の分注チップ容器５Ｂに保持された分注チップ９の上面高さは、隣り合う第一の分注チップ容器台座１１Ａ及び第二の分注チップ容器台座１１Ｂの高さ寸法を変えることで上記位置関係を築いている。当然ながら、第一の分注チップ容器台座１１Ａと第二の分注チップ容器台座１１Ｂの高さ寸法を同一にし、第一の分注チップ容器５Ａと第二の分注チップ容器５Ｂの高さ寸法を変えることによっても、同様の位置関係を築くことは容易である。

次に、本発明の第二の実施形態による自動分注装置について図４及び図５を参照しながら説明する。図４はステージ４上の平面図である。分注チップ容器５を３個（第一の分注チップ容器５Ａ、第二の分注チップ容器５Ｂ、第三の分注チップ容器５Ｃ）と、試薬容器６を３個（第一の試薬容器６Ａ、第二の試薬容器６Ｂ、第三の試薬容器６Ｃ）と、マイクロプレート７を２個（第一のマイクロプレート７Ａ、第二のマイクロプレート７Ｂ）と、廃棄容器８を１個ステージ４上に配置している。第一の分注チップ容器５Ａ、第二の分注チップ容器５Ｂ、第三の分注チップ容器５Ｃと第一のマイクロプレート７Ａが一列に並んでおり、これらと平行に第一の試薬容器６Ａ、第二の試薬容器６Ｂ、第三の試薬容器６Ｃと第二マイクロプレート７Ｂが一列に並んでいる。更に各容器の奥側には廃棄容器８が配置されている。

図５は第一の分注チップ容器５Ａ、第二の分注チップ容器５Ｂ、第三の分注チップ容器５Ｃと第一のマイクロプレート７Ａ、並びに分注ヘッド３の位置関係を示した側面図である。分注ヘッド３の先端には８本のノズル１０が形成され、第一の実施の形態と同様に、それぞれのノズル１０に分注チップ９を装着して分注動作を行なう。

図５に示すように、第一の分注チップ容器５Ａが保持する分注チップ９のステージ４からの上面高さをＨ１、第二の分注チップ容器５Ｂが保持する分注チップ９の上面高さをＨ２、第三の分注チップ容器５Ｃが保持する分注チップ９の上面高さをＨ３とし、その位置関係は、Ｈ１＜Ｈ２＜Ｈ３となっている。

また、第一の分注チップ容器５Ａが保持する分注チップ９の上面高さＨ１と、第二の分注チップ容器５Ｂが保持する分注チップ９の上面高さＨ２の差は、分注ヘッド３先端のノズル１０と分注チップ９が勘合する長さＬよりも大きくしている。更に、第二の分注チップ容器５Ｂが保持する分注チップ９の上面高さＨ２と、第三の分注チップ容器５Ｃが保持する分注チップ９の上面高さＨ３の差も同様に、ノズル１０と分注チップ９が勘合する長さＬよりも大きくしている。

このようにすることで、分注ヘッド３に分注チップ９を装着するときに、未装着ノズル１０が隣の他の分注チップ容器５に収納された分注チップ９に干渉することなく、分注チップ容器５を複数個連続して近接させて配置することが可能になる。

本実施の第１の形態による自動分注装置の斜視図である。 本実施の第１の形態による分注チップ容器の側面図である。 分注チップの拡大側面図である。 本実施の第２の形態によるステージ上の配置図である。 本実施の第２の形態による分注チップ容器の側面図である。

符号の説明

１ 自動分注装置、２ 移送部、３ 分注ヘッド、４ ステージ、５ 分注チップ容器、６ 試薬容器、７ マイクロプレート、８ 廃棄容器、９ 分注チップ、１０ ノズル、１１ 分注チップ容器台座

Claims (2)

1. 複数の分注チップを装着し、液体の吸引及び吐出が可能な分注ヘッドと、
   該分注ヘッドを水平方向並びに鉛直方向に移動させる移送手段と、
   前記分注ヘッドが稼動可能な範囲の鉛直下方向の位置に
   前記分注チップを収納する分注チップ容器を複数備え、
   少なくとも一つの前記分注チップ容器が保持する前記分注チップの上面高さが、他の前記分注チップ容器が保持する前記分注チップの上面高さと差があることを特徴とする自動分注装置。
2. 一の前記分注チップ容器が保持する前記分注チップの上面高さと、隣り合う他の前記分注チップ容器が保持する前記分注チップの上面高さとの差が、前記分注ヘッドのノズル部に前記分注チップが勘合する長さ以上であることを特徴とする請求項１記載の自動分注装置。
   
   

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