JP2008089366A - 分注装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数対の発光素子と受光素子を用いたピペットチップの検出を精度よく行うことができる分注装置を提供する。
【解決手段】先端にピペットチップＣＰが着脱可能であり、液体を吸排可能な分注管２０Ａが複数設けられ、Ｘ方向及びＺ方向に移動可能な分注ヘッド２０を備え、分注ヘッド２０の各分注管２０Ａのピペットチップの装着位置を挟んで互いに対向する位置に設けられた複数対のＬＥＤ８２及びフォトダイオード８４からなる検出センサにより、各分注管２０Ａの先端におけるピペットチップの有無を検出するに際し、ＬＥＤ８２及びフォトダイオード８４を一対ずつ順次駆動する。
【選択図】図１７

Description

本発明は、複数の管の先端にピペットチップを装着して液体の吸引及び排出を行って液体を分注する分注装置に関する。

測定対象とされた検体物質と、生理活性物質の間の相互作用を測定することは、従来から行われている。この種の測定装置においては、検体物質や試料等の液体を吸排するために、分注装置が用いられている。

分注装置は、一般に、液体を吸排するためのノズルの先端に、ピペットチップを着脱可能に構成されたものが用いられている。

従来、ピペットチップが着脱可能に構成された分注装置において、一対の発光素子と受光素子とを用いてノズルの先端におけるピペットチップの有無を検出し、チップが脱落した場合には装置を停止させて警告を発することが提案されている（特許文献１参照）。

また、ノズル内の液体の量を、ノズルを透過した光の光量に応じて推測することが提案されている（特許文献２参照）。
特開２００５−２２１４６９公報 特開２００１−１８３３８２公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載の技術では、ノズルの配設間隔によっては、他のノズルに対応する発光素子の発光光の影響を受け、検出結果の信頼性が低下してしまう、という問題点があった。

本発明は上記問題点を考慮してなされたものであり、複数対の発光素子と受光素子を用いたピペットチップの検出を精度よく行うことができる分注装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、先端にピペットチップが着脱可能であり、液体を吸排可能なノズルと、複数の前記ノズルが設けられ、水平方向及び鉛直方向の少なくとも一方に移動可能なヘッド部と、前記ヘッド部の各ノズルの前記ピペットチップの装着位置を挟んで互いに対向する位置に設けられた複数対の発光素子及び受光素子からなり、各ノズルの先端における前記ピペットチップの有無を検出する検出手段と、前記検出手段により前記ピペットチップの有無を検出する際に、前記発光素子及び受光素子を一対ずつ順次駆動する駆動制御手段と、を備えている。

請求項１記載の発明によれば、先端にピペットチップが着脱可能であり、液体を吸排可能なノズルが複数設けられ、水平方向及び鉛直方向の少なくとも一方に移動可能なヘッド部を備え、前記ヘッド部の各ノズルの前記ピペットチップの装着位置を挟んで互いに対向する位置に設けられた複数対の発光素子及び受光素子からなる検出手段により、各ノズルの先端における前記ピペットチップの有無を検出するに際し、前記発光素子及び受光素子を一対ずつ順次駆動するようにしているので、ノズルの配設間隔によらず、他のノズルに対応する発光素子の発光光の影響を受けることがないので、複数対の発光素子と受光素子を用いたピペットチップの検出を精度よく行うことができる。

本発明は、請求項２記載の発明のように、前記駆動制御手段は、前記発光素子を発光させてから所定時間経過後に、前記受光素子における受光を開始するようにしてもよい。

これにより、他の発光素子の発光光の影響を更に受けにくくすることができるので、複数対の発光素子と受光素子を用いたピペットチップの検出を精度よく行うことができる。

本発明によれば、複数対の発光素子と受光素子を用いたピペットチップの検出を精度よく行うことができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

本発明に係る測定装置としてのバイオセンサー１０は、金属膜の表面に発生する表面プラズモン共鳴を利用して、タンパクＴａと試料Ａとの相互作用を測定する、いわゆる表面プラズモンセンサーである。本発明に係る測定スティック上にタンパクＴａを固定し、このタンパクＴａへ試料Ａを供給して信号変化を検出することにより、相互作用を測定する。

図１〜図３に示すように、バイオセンサー１０は、分注ヘッド２０、測定部３０、試料ストック部４０、ピペットチップストック部４２、バッファストック部４４、冷蔵部４６、測定スティックストック部４８及びラジエータ６０を備えている。

ラジエータ６０は、金属製の薄板が積層されて内部に流路が構成されており、流路に温調水を流して、温調水と筐体内の空気との熱交換を行っている。ラジエータ６０には、ラジエータ送風ファン６２が設けられている。ラジエータ送風ファン６２により、ラジエータ６０で熱交換された空気が、筐体内部へ送り込まれる。ラジエータ６０には、循環ホース６６が連結されている。これにより、筐体内部の温度が調整される。

試料ストック部４０は、試料積層部４０Ａ及び試料セット部４０Ｂで構成されている。試料積層部４０Ａには、個々のセルに各々異なるアナライト溶液をストックする試料プレート４０Ｐが、Ｚ方向に積層されて収容されている。試料セット部４０Ｂには、１枚の試料プレート４０Ｐが、図示しない搬送機構により試料積層部４０Ａから搬送されてセットされる。

ピペットチップストック部４２は、ピペットチップ積層部４２Ａ及びピペットチップセット部４２Ｂで構成されている。ピペットチップ積層部４２Ａには、複数のピペットチップを保持するピペットチップストッカー４２Ｐが、Ｚ方向（鉛直方向）に積層されて収容されている。ピペットチップセット部４２Ｂには、１枚のピペットチップストッカー４２Ｐが、図示しない搬送機構によりピペットチップ積層部４２Ａから搬送されてセットされる。

バッファストック部４４は、ボトル収容部４４Ａ及びバッファ供給部４４Ｂで構成されている。ボトル収容部４４Ａには、バッファ液が貯留された複数本のボトル４４Ｃが収容されている。バッファ供給部４４Ｂには、バッファプレート４４Ｐがセットされている。バッファプレート４４Ｐは、複数筋に区画されており、各々の区画には濃度の異なるバッファ液が貯留されている。また、バッファプレート４４Ｐの上部には、分注ヘッド２０のアクセス時にピペットチップＣＰが挿入される孔Ｈが構成されている。バッファプレート４４Ｐへは、ホース４４Ｈによりボトル４４Ｃからバッファ液が供給される。

バッファ供給部４４Ｂの隣には、補正用プレート４５が配置され、その隣に冷蔵部４６が配置されている。補正用プレート４５は、バッファ液の濃度調整を行うためのプレートであり、マトリクス状に複数セルが構成されている。冷蔵部４６には、冷蔵の必要な試料が配置される。冷蔵部は低温とされており、この上で試料は低温状態に保たれる。

測定スティックストック部４８には、測定スティック収容プレート４８Ｐがセットされている。測定スティック収容プレート４８Ｐには、測定チップとしての測定スティック５０が複数本収納されている。

測定スティックストック部４８と測定部３０との間には、測定スティック搬送機構４９が備えられている。測定スティック搬送機構４９は、測定スティック５０を両側から挟み込んで保持する保持アーム４９Ａ、回転により保持アーム４９ＡをＹ方向に移動させるボールねじ４９Ｂ、Ｙ方向に配置され、測定スティック５０が載せられる搬送用レール４９Ｃ、を含んで構成されている。測定の際には、１本の測定スティック５０が測定スティック搬送機構４９により測定スティック収容プレート４８Ｐから搬送用レール４９Ｃ上に載せられ、保持アーム４９Ａにより挟持されつつ測定部３０へ移動してセットされる。

測定スティック５０は、図４及び図５に示すように、誘電体ブロック５２、流路部材５４、及び、保持部材５６、で構成されている。

誘電体ブロック５２は、光ビームに対して透明な透明樹脂等で構成されており、断面が台形の棒状とされたプリズム部５２Ａ、及び、プリズム部５２Ａの両端部にプリズム部５２Ａと一体的に形成された被保持部５２Ｂを備えている。

プリズム部５２Ａの互いに平行な２面の内の広い側の測定面には、金属膜５７が形成されている。金属膜５７の表面には、タンパクＴａを金属膜５７上に固定化するための、リンカー層５７Ａが形成されている。このリンカー層５７Ａ上にタンパクＴａが固定される。

この誘電体ブロック５２は、いわゆるプリズムとして機能し、バイオセンサー１０での測定の際には、プリズム部５２Ａの対向する互いに平行でない２つの側面の内の一方から光ビームが入射され、他方から金属膜５７との界面で全反射された光ビームが出射される。

プリズム部５２Ａの両側面には、上側の端辺に沿って保持部材５６と係合される係合凸部５２Ｃが形成されている。また、プリズム部５２Ａの下側には、側端辺に沿って搬送用レール４９Ｃと係合されるフランジ部５２Ｄが形成されている。

流路部材５４は、図５に示すように、６個のベース部材５４Ａを備えている。ベース部材５４Ａの各々には４本の円筒部材５４Ｂが立設されている。ベース部材５４Ａは、３個のベース部材５４Ａ毎に、立設された円筒部材５４Ｂのうちの１本の上部が連結部材５４Ｄによって連結されている。流路部材５４は、軟質で弾性変形可能な材料、例えば非晶質ポリオフィレンエラストマーで構成することができる。弾性変形可能な材料で構成することにより、誘電体ブロック５２との密着性を高め、誘電体ブロック５２との間に構成される液体流路５５の密閉性を確保することができる。

保持部材５６は、長尺とされ、上面部材５６Ａ及び２枚の側面板５６Ｂが蓋状に構成された形状とされている。側面板５６Ｂには、誘電体ブロック５２の係合凸部５２Ｃと係合される係合孔５６Ｃ、及び、上記光ビームの光路に対応する部分に窓５６Ｄが形成されている。保持部材５６は、係合孔５６Ｃと係合凸部５２Ｃとが係合されて、誘電体ブロック５２に取り付けられる。流路部材５４は、保持部材５６と一体成形されており、保持部材５６と誘電体ブロック５２の間に配置される。上面部材５６Ａには、流路部材５４の円筒部材５４Ｂに対応する位置に、受部５９が形成されている。受部５９は略円筒状とされている。

ベース部材５４Ａには、図６及び図７に示すように、底面側に略Ｓ字状の２本の流路溝５４Ｃが形成されている。ベース部材５４Ａは、底面が誘電体ブロック５２の測定面（上面）と密着されることにより、流路溝５４Ｃと誘電体ブロック５２の測定面との間に構成される空間と前記中空部とで、液体流路５５が構成される。１個のベース部材５４Ａには、２本の液体流路５５が構成される。

なお、流路部材５４は、不図示の測定スティック押さえ部材によって誘電体ブロック５２に押圧されることにより誘電体ブロック５２に密着させられるので、液体流路５５の密閉性が確保される。

また、流路溝５４Ｃの端部の各々は、円筒部材５４Ｂの中空部と１対１に連通されている。これにより、図７に示すように、各液体流路５５の一端には、当該液体流路５５に試料を供給する供給口５３Ａが、他端には、当該液体流路５５から試料を排出させるための排出口５３Ｂが、それぞれ形成される。

ここで、１の流路部材により形成される２本の液体流路５５のうち、１本は測定流路５５Ａとして用いられ、他の１本は参照流路５５Ｒとして用いられる。測定流路５５Ａの金属膜５７上（リンカー層５７Ａ上）にはタンパクＴａが固定され、参照流路５５Ｒの金属膜５７上（リンカー層５７Ａ上）にはタンパクＴａが固定されない状態で測定が行われる。

測定流路５５Ａ及び参照流路５５Ｒには、図６に示すように、各々光ビームＬ１、Ｌ２が入射される。

光ビームＬ１、Ｌ２は、図７に示すように、ベース部材５４Ａの中心線Ｍ上に配置されるＳ字の屈曲部分に照射される。以下、測定流路５５Ａにおける光ビームＬ１の照射領域を測定領域Ｅ１、参照流路５５Ｒにおける光ビームＬ２の照射領域を参照領域Ｅ２という。参照領域Ｅ２は、タンパクＴａの固定された測定領域Ｅ１から得られるデータを補正するための測定を行う領域である。

図８には、測定部３０の構成が示されている。同図に示されるように、測定部３０は、光学定盤３２、光出射部３４、受光部３６を含んで構成されている。なお、同図では、測定スティック５０の誘電体ブロック５２と流路部材５４以外の部材は省略されている。

光学定盤３２には、側方向から見て、上部中央の水平平面で構成される定盤レール部３２Ａ、定盤レール部３２Ａから離れる方向に向かって低くなる出射傾斜部３２Ｂ、定盤レール部３２Ａを挟んで出射傾斜部３２Ｂと逆側に配置される受光傾斜部３２Ｃが形成されている。定盤レール部３２Ａには、Ｙ方向沿って測定スティック５０がセットされる。光学定盤３２の出射傾斜部３２Ｂには、測定スティック５０へ向かって光ビームＬ１、Ｌ２を出射する光出射部３４が設置されている。また、受光傾斜部３２Ｃには、受光部３６が設置されている。

光出射部３４には、光源３４Ａ、レンズユニット３４Ｂが備えられている。また、受光部３６には、レンズユニット３６Ａ、ＣＣＤ３６Ｂが備えられている。光源３４Ａは全体の動作を制御するための制御部７０と接続され、ＣＣＤ３６Ｂは信号処理部３８及び制御部７０と接続されている。

光源３４Ａからは、発散状態の光ビームＬが出射される。光ビームＬは、レンズユニット３４Ｂを介して、２本の光ビームＬ１、Ｌ２となり、光学定盤３２上に配置された誘電体ブロック５２の一対の測定領域Ｅ１と参照領域Ｅ２に入射される。測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２において、光ビームＬ１、Ｌ２は、金属膜５７と誘電体ブロック５２との界面に対して種々の入射角成分を含み、かつ全反射角以上の角度で入射される。光ビームＬ１、Ｌ２は、誘電体ブロック５２と金属膜５７との界面で全反射される。全反射された光ビームＬ１、Ｌ２も、種々の反射角成分をもって反射される。この全反射された光ビームＬ１、Ｌ２は、レンズユニット３６Ａを経てＣＣＤ３６Ｂで受光されて、各々光電変換され、光検出信号が信号処理部３８へ出力される。信号処理部３８では、入力された光検出信号に基づいて所定の処理が行なわれ、測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２での屈折率変化データが求められる。

ここでの屈折率変化データは、全反射された光ビームＬ１、Ｌ２の暗線位置に基づいて求められるものである。金属膜５７の界面に、特定の入射角で入射した光ビームＬ１、Ｌ２は、金属膜５７とタンパクＴａとの界面に表面プラズモンを励起させ、これにより、この入射角で入射した光ビームＬ１、Ｌ２の反射光の強度が鋭く低下して暗線として観察される。この暗線となる光ビームＬ１、Ｌ２の入射角が全反射減衰角θＳＰであり、タンパクＴａと試料Ａとの反応に応じた全反射減衰角θＳＰの変化が、屈折率変化データとなる。屈折率変化データが制御部７０へ出力され、タンパクＴａと試料Ａとの反応が測定される。

図９には、分注ヘッド２０の構成が示されている。同図に示されるように、分注ヘッド２０には、１２本の分注管２０Ａが備えられている。分注管２０Ａは、Ｘ方向と直交する矢印Ｙ方向に沿って１列に配置されている。分注管２０Ａは、隣り合う２本で一対とされ、液体流路５５の供給口５３Ａ及び排出口５３Ｂにそれぞれ１本ずつ対応させて使用される。また、一対の液体流路５５Ａ、５５Ｒには、共通の分注管２０Ａを用いる。

また、各分注管２０Ａの先端は、ピペットチップＣＰが着脱可能に構成されている。分注管２０Ａに取り付けられたピペットチップＣＰは、必要に応じて交換される。

分注ヘッド２０は、図１及び図３に示すように、水平駆動機構２２により矢印Ｘ方向に移動可能とされている。水平駆動機構２２は、ボールねじ２２Ａ、モータ２２Ｂ、ガイドレール２２Ｃにより構成されている。ボールねじ２２Ａ及びガイドレール２２Ｃは、Ｘ方向に配置されている。ガイドレール２２Ｃは平行に２本配置され、そのうちの１本はボールねじ２２Ａの下側に所定間隔離れて配置されている。分注ヘッド２０は、ボールねじ２２Ａの回転により、ガイドレール２２Ｃに沿ってＸ方向に移動される。このＸ方向移動により、分注ヘッド２０は、ピペットチップセット部４２Ｂ、試料セット部４０Ｂ、バッファ供給部４４Ｂ、冷蔵部４６及び測定部３０に対向する位置に移動可能に構成されている。

また、図９に示されるように、分注ヘッド２０には、分注ヘッド２０を矢印Ｚ方向に移動させる鉛直駆動機構２４が設けられている。同図に示されるように、鉛直駆動機構２４は、モータ２４Ａ及びＺ方向に配置された駆動軸２４Ｂを含んで構成され、分注ヘッド２０をＺ方向に移動させる。このＺ方向移動により、分注ヘッド２０は、ピペットチップセット部４２Ｂにセットされたピペットチップストッカー４２Ｐ、試料セット部４０Ｂにセットされた試料プレート４０Ｐ、バッファ供給部４４Ｂにセットされたバッファプレート４４Ｐ及び測定部３０にセットされた測定スティック５０にアクセス可能となっている。

さらに、分注ヘッド２０は、１２本の分注管２０Ａが固定される固定基部２０Ｂと、その外周部に設けられた被覆部材２０Ｃと、被覆部材２０ＣのＸ方向で対向する両面に取り付けられた一対の支持板８０Ａ、８０Ｂと、を含んで構成されている。

被覆部材２０Ｃは、内側に不図示の留め部材等が設けられており、固定基部２０Ｂに着脱可能に固定されている。このため、被覆部材２０Ｃは、通常時は固定基部２０Ｂと一体的にＸ方向及びＺ方向に移動される。

また、被覆部材２０Ｃは、Ｙ方向両端面に、一対の支持部材７６が突設されている。この支持部材７６は、それぞれ同図に示す一対のストッパ７８の２本のバー７８Ａに挟持されるようになっている。

なお、一対のストッパ７８は、Ｚ方向位置及びＹ方向位置が固定とされており、分注ヘッド２０と共にガイドレール２２Ｃ上をＸ方向に移動される。また、ストッパ７８の軸７８ＢはＸ方向に伸縮可能に構成されている。これにより、支持部材７８のＺ方向位置がストッパ７８の配設位置にある場合に軸７８Ｂが伸長すると、２本のバー７８Ａにより支持部材７６が挟持される。

図１０に示されるように、ストッパ７８の２本のバー７８Ａにより支持部材７６が挟持されると、Ｚ方向移動が禁止される。この被覆部材２０ＣのＺ方向移動が禁止された状態でさらにモータ２４Ａが駆動されると、被覆部材２０Ｃの内側に設けられた留め部材による固定基部２０Ｂへの固定が解除されて固定基部２０ＢだけがＺ方向に移動する。

なお、被覆部材２０Ｃの固定基部２０Ｂへの固定が解除されてストッパ７８により支持部材７８が挟持された状態においてモータ２４Ａが駆動され、固定基部２０Ｂが被覆部材２０Ｃに近づく方向に移動されると、被覆部材２０Ｃは再び固定基部２０Ｂに固定される。また、ストッパ７８による被覆部材２０Ｃの移動禁止は、被覆部材２０Ｃが固定基部２０Ｂに固定された状態で解除される。

図１１に示されるように、分注ヘッド２０には、吸排駆動部２６が接続される。吸排駆動部２６は、第１ポンプ２７、第２ポンプ２８を備えている。第１ポンプ２７及び第２ポンプ２８は、前述の一対の分注管２０Ａに各々対応して設けられている。第１ポンプ２７は、シリンジポンプで構成されており、第１シリンダ２７Ａ、第１ピストン２７Ｂ、及び、第１ピストン２７Ｂを駆動させる第１モータ２７Ｃを備えている。第１シリンダ２７Ａは、配管２７Ｈを介して分注ヘッド２０と接続されている。また、第２ポンプ２８も、シリンジポンプで構成されており、第２シリンダ２８Ａ、第２ピストン２８Ｂ、及び、第２ピストン２８Ｂを駆動させる第２モータ２８Ｃを備えている。第２シリンダ２８Ａは、配管２８Ｈを介して分注ヘッド２０と接続されている。

試料やバッファ液などの液体の供給時には、分注ヘッド２０を、冷蔵部４６、試料セット部４０Ａ、バッファ供給部４４Ｂ上へ移動させ、一対の分注管２０Ａの一方（計６本）に取り付けられたピペットチップＣＰで試料やバッファ液を吸引する。このときの吸引量は、一対の液体流路５５Ａ、５５Ｒに供給するため、液体流路２本分の量である。そして、試料やバッファ液を吸引した６本の分注管２０Ａ側のピペットチップＣＰを、測定スティック５０の測定流路５５Ａ側の供給口５３Ａに挿入すると共に、他方の列の６本の分注管２０Ａに取り付けられたピペットチップＣＰを測定流５５Ａの排出口５３Ｂに挿入する。そして、供給口５３Ａ側の分注管２０Ａから半量の液体を吐出すると共に、排出口５３Ｂ側の分注管２０Ａで液体を吸入することにより液体の供給が行われる。続いて、参照流路５５Ｒ側へも、同様にしてピペットチップＣＰの残り半量の液体が供給される。

ここで、図１２に示されるように、分注ヘッド２０の被覆部材２０Ｃに取り付けられた一対の支持板８０には、一方の支持板８０Ａには光源としてのＬＥＤ８２が、他方の支持板８０Ｂには受光した光を電気信号に光電変換するフォトダイオード８４が、１つの分注管２０Ａに対してそれぞれ１つずつ設けられている。同図に示されるように、ＬＥＤ８２とフォトダイオード８４は、分注管２０Ａの取り付け位置の中心Ｃを通る直線上に配設されている。

すなわち、図１３（Ａ）に示されるように、ＬＥＤ８２とフォトダイオード８４の間に光を遮るものがない状態では、ＬＥＤ８２が発光させた場合、フォトダイオード８４の受光光量が著しく増加する。

一方、ＬＥＤ８２とフォトダイオード８４の間に、同図（Ｂ）に示されるように、分注管２０Ａに装着されたピペットチップＣＰが存在する場合や、同図（Ｃ）に示されるように分注管２０Ａが存在する場合には、ＬＥＤ８２を発光させてもフォトダイオード８４による受光光量の増加量に著しい変化は見られない。

本実施の形態では、このＬＥＤ８２及びフォトダイオード８４を用いて、ピペットチップＣＰの装着、取り外し、ピペットチップＣＰを用いたバッファ液や試料の吸引及び流路への注入等の分注ヘッド２０による処理を行う際に、分注管２０Ａの先端におけるピペットチップＣＰの有無を検知するようにしている。

図１４に示されるように、支持板８０Ａと支持板８０Ｂとの間の距離をＬ、支持板８０Ａと分注管２０Ａの取り付け位置中心Ｃとの間の距離をＬ１、支持板８０Ｂとフォトダイオード８４の間の距離をＬ２とすると、Ｌ，Ｌ１及びＬ２との関係は、以下の（１）式を満たすように設定することが好ましい。

Ｌ１＜１/２・Ｌ ・・・ （１）
図１５には、Ｌを、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍ、７０ｍｍ、８０ｍｍ、９０ｍｍ、１００ｍｍとした場合に、それぞれＬ１を変化させたときのピペットチップによる遮光光量の測定結果が示されている。

この測定結果は、ポリプロピレンを用いて中空の円錐状に成形された半透明のピペットチップＣＰを用い、ＬＥＤ８２として東芝ＬＥＤランプＩｎＡｌＧａＰ赤色発光ＴＬＳＨ１６０（Ｆ）を用い、フォトダイオード８４として東芝フォトＩＣシリコンエピタキシャルプレーナＴＰＳ８５５（Ｆ）を用いた場合のものである。

なお、ＬＥＤランプの輝度は平均４５００ｍｃｄであるが、輝度を６０００ｍｃｄにしても、３０００ｍｃｄにしても、同様の結果が得られた。ただし、実際に装置に搭載する場合には、受光素子が飽和しない範囲とすれば問題ない。

また、フォトＩＣの受光面は０．３５ｍｍ四方であり、波長λは、ＬＥＤランプの特性に合わせ、感度ピークが同じ範囲にあるもの（λ＝６３０ｎｍ）を選定した。

同図に示されるように、Ｌ１を長くするほど、２次曲線的に遮光光量が減っていく（受光光量が増加していく）傾向にある。

これは、ピペットチップＣＰが光源から近いほど、ピペットチップＣＰによる光源からの光の散乱効果が大きく、Ｌ１を変化させることにより散乱光の影響に顕著な差異がみられるためである。

また、図１４に示すように、Ｌ１が短いほど受光面に係るピペットチップＣＰの影８６が大きくなる事象が観測された。このことにより、Ｌ１が短いほど光軸のアライメントの精度を厳密に管理しなくてもよいという効果もある。

ここで、図１５に示す測定においては、Ｌを３０ｍｍ以下とした場合について測定を行っていないが、ＬＥＤ、フォトダイオード、ピペットチップの大きさや、分注管２０Ａの駆動スペースを考慮すると、Ｌを３０ｍｍ以下とすることは困難であったためである。また、Ｌを６０ｍｍ以上とすることは実際の装置構成上、想定しにくいため、Ｌを１００ｍｍまでについて測定した。

図１６には、分注ヘッド２０の動作制御に関する機能ブロック図が示されている。同図に示されるように、制御部７０には、入力部７２及び表示部７４（何れも図１乃至図３では図示を省略）が接続されている。

制御部７０では、入力部７２を介してオペレータにより入力されたバイオセンサ１０に対する動作指示に応じた流路への試料やバッファ液の注入、屈折率データの取得、解析等を含む測定処理が実行される。また、制御部７０では、表示部７４へのバイオセンサ１０における動作状態や測定結果等の表示が実行される。

なお、入力部７２及び表示部７４は、バイオセンサ１０の筐体に取り付けられた構成でもよいし、パーソナルコンピュータのように一体的に構成されたものをバイオセンサ１０に接続した構成でもよい。

また、同図に示されるように、分注ヘッド２０をＸ方向移動させるためのモータ２２Ｂ、Ｚ方向移動させるためのモータ２４Ａ、第１モータ２７Ｃ、第２モータ２８Ｃ、ＬＥＤ８２及びフォトダイオード８４は、上記制御部７０と接続されている。

制御部７０では、測定処理を実行するにあたり、適宜分注ヘッド２０のＸ方向及びＺ方向への移動制御を主とした分注ヘッド動作制御処理が実行される。

この分注ヘッド動作制御処理に伴い、制御部７０では、ＬＥＤ８２の点灯／消灯、フォトダイオード８４による電荷の読み出しを制御して分注管２０Ａの先端におけるピペットチップＣＰの有無を検出するチップ検出処理が実行される。

さらに、制御部７０では、バイオセンサ１０の電源投入時やメンテナンス時等に、各分注管２０Ａに対応して設けられたＬＥＤ８２及びフォトダイオード８４の動作チェックが行われる。分注管２０Ａが図１３（Ａ）に示されるような位置にある状態でＬＥＤ８２の発光及びフォトダイオード８４による受光を行った後、分注管２０Ａを図１３（Ｃ）に示される位置まで移動させてＬＥＤ８２の発光及びフォトダイオード８４による受光を行い、これらの受光光量の差分が所定量以上である場合に正常に動作していると認識する。

ここで、１２本の分注管２０Ａに対応するＬＥＤ８２を全て同時に点灯させると、１つのフォトダイオード８４で複数のＬＥＤ８２の発光光を受光してしまい（図１２参照）、ピペットチップＣＰの有無を正確に検出することができない。

そこで、図１７に示されるように、制御部７０では、ＬＥＤ８２を１つずつ所定時間点灯させるようにしている。

また、同図に示されるように、フォトダイオード８４における受光光量は、ＬＥＤの点灯開始時には安定しないことが想定されるので、ＬＥＤ８２の点灯を開始してから所定時間経過後にフォトダイオード８４に蓄積された電荷を一旦読み出しておき、ＬＥＤ８２を消灯した時点で再び蓄積された電荷を読み出す。このとき読み出した電荷に応じた電圧に基づいてチップの有無を検知する。

なお、制御部７０では、ＬＥＤ８２及びフォトダイオード８４について、それぞれ１〜１２の識別符号Ｎを用いて識別し、それぞれの点灯状態又は蓄積された電荷の読み出しタイミングを制御している。

次に、本実施形態での液体流路５５の形成について説明する。

測定スティック５０は、測定スティック搬送機構４９により搬送用レール４９Ｃに沿って測定部３０まで搬送され、定盤レール部３２Ａ上に載置される。図示しないセンサにより測定スティック５０が定盤レール部３２Ａ上に載置されたことが検知されると、スライドベアリング８１Ｃが上側部３３Ａから下側部３３Ｂへ移動し、ブロック押さえ８１の爪８１Ｄで誘電体ブロック５２のフランジ部５２Ｄが保持される。このようにして、液体流路５５が形成される。その後、通常の測定手順で液体の供給及び光ビームの照射が行われて、屈折率変化データが取得される。

図１８には、制御部７０により実行される分注ヘッド動作制御処理の流れが概略的に示されている。以下、同図を参照して、本実施の形態に係る分注ヘッド２０の動作制御処理を実行する。

まず、ステップ１００ではピペットチップＣＰを分注管２０Ａの先端に装着する。具体的には、モータ２２Ｂを駆動してピペットチップセット部４２Ｂの配設位置に対向する位置まで分注ヘッド２０をＸ方向に移動させる。

その後、モータ２４Ｂを駆動して分注ヘッド２０をＺ軸方向に下降移動させ、ピペットチップセット部４０Ｂにセットされたピペットチップストッカー４２Ｐにセットされたピペットチップをピペットチップストッカー４２Ｐに押し付けるようにして、分注管２０ＡにピペットチップＣＰを装着する。

そして、ピペットチップＣＰが装着されると、再びモータ２４Ｂを駆動して分注ヘッド２０をＺ軸方向に上昇移動させる。

このとき、後述するチップ検出処理を実行する。チップ検出処理を行う際には、まず、分注ヘッド２０をストッパ７８の配設位置まで上昇させ、モータ２４Ｂの駆動を一旦停止する。次に、ストッパ７８により支持部材７６を挟持し、被覆部材２０Ｃの移動を禁止する。この状態で更にモータ２４Ｂを駆動して、被覆部材２０Ｃに取り付けられたＬＥＤ８２及びフォトダイオードとピペットチップとの位置関係が図１３（Ｂ）に示すようになるまで、固定基部２０Ｂのみを上昇移動させる。

この状態でチップ検出処理を実行し、チップ検出処理の実行後は、モータ２４Ｂを駆動してストッパ７８の配設位置まで固定基部２０Ｂを下降移動させ、移動が禁止されている被覆部２０Ｃを再び固定基部２０Ｂと一体化させる。

次のステップ１０２では、ピペットチップＣＰ内部に、液体流路５５に注入するためのバッファ又は試料を吸引する。なお、バッファを吸引するか、試料を吸引するかは、予め入力部７２を介してオペレータにより入力されたバイオセンサ１０に対する動作指示に応じて決められる。

このバッファ又は試料の吸引は、ステップ１００におけるピペットチップの装着時と同様に、モータ２２Ｂ及びモータ２４Ｂの駆動により分注ヘッド２０をＸ方向及びＺ方向に移動させ、ピペットチップＣＰをバッファプレート４４Ｐの孔Ｈ又は試料プレート４０Ｐのセル内のバッファ又は試料を吸引可能な位置で待機させる。

そして、分注ヘッド２０を待機させた状態で、各吸排機構２６の第１モータ２７Ｃを駆動して第１ピストン２７Ｂを作動させ、液体流路５５の供給口５３Ａに対応する分注管２０ＡのピペットチップＣＰ内にバッファ又は試料を吸引する。その後、再びモータ２４Ｂを駆動して分注ヘッド２０をＺ軸方向に上昇移動させる。

この吸引処理の終了後にも、上述したように分注ヘッド２０及びストッパ７８を用いて被覆部材２０Ｃに取り付けられたＬＥＤ８２及びフォトダイオードとピペットチップＣＰとの位置関係が図１３（Ｂ）に示すようになるまで、固定基部２０Ｂのみを上昇移動させ、チップ検出処理を実行する。また、チップ検出処理の実行後は、モータ２４Ｂを駆動してストッパ７８の配設位置まで固定基部２０Ｂを下降移動させ、移動が禁止されている被覆部２０Ｃを再び固定基部２０Ｂと一体化させる。

次のステップ１０４では、ピペットチップＣＰ内部に吸引した液体を液体流路５５に注入する。液体流路５５への液体の注入時は、モータ２２Ｂ及びモータ２４Ｂの駆動により分注ヘッド２０をＸ方向及びＺ方向に移動させ、ピペットチップＣＰの先端を測定スティック５０の供給口５３Ａ及び排出口５３Ｂに挿入した状態で待機させる。

そして、分注ヘッド２０を待機させた状態で、各吸排機構２６の第１モータ２７Ｃ及び第２モータ２８Ｃをそれぞれ駆動して、液体流路５５の供給口５３Ａに対応する分注管２０ＡのピペットチップＣＰ内のバッファ又は試料を液体流路５５に注入すると共に、排出口５３Ｂに対応する分注管２０ＡのピペットチップＣＰ内に、液体流路５５内に充填されていた液体を吸引する。その後、再びモータ２４Ｂを駆動して分注ヘッド２０をＺ軸方向に上昇移動させる。

なお、この液体の注入にあたり、注入前と、注入後にそれぞれ上述したように分注ヘッド２０及びストッパ７８を用いて被覆部材２０Ｃに取り付けられたＬＥＤ８２及びフォトダイオードとピペットチップＣＰとの位置関係が図１３（Ｂ）に示すようになるまで、固定基部２０Ｂのみを上昇移動させ、チップ検出処理を実行する。また、チップ検出処理の実行後は、モータ２４Ｂを駆動してストッパ７８の配設位置まで固定基部２０Ｂを下降移動させ、移動が禁止されている被覆部２０Ｃを再び固定基部２０Ｂと一体化させる。

次のステップ１０６では、ピペットチップＣＰを交換するか否かを判定し、当該判定が否定判定となった場合は、再びステップ１０２に戻る。

一方、ステップ１０６で肯定判定となった場合はステップ１０８に移行して、不図示のチップ外し機構によりピペットチップＣＰを取り外し、次のステップ１０９に移行する。

なお、このステップ１０８の処理においても、ピペットチップＣＰの取り外し後に上述したように分注ヘッド２０及びストッパ７８を用いて被覆部材２０Ｃに取り付けられたＬＥＤ８２及びフォトダイオードとピペットチップＣＰとの位置関係が図１３（Ｂ）に示すようになるまで、固定基部２０Ｂのみを上昇移動させ、チップ検出処理を実行する。また、チップ検出処理の実行後は、モータ２４Ｂを駆動してストッパ７８の配設位置まで固定基部２０Ｂを下降移動させ、移動が禁止されている被覆部２０Ｃを再び固定基部２０Ｂと一体化させる。

ステップ１０９では、本分注ヘッド動作制御処理を終了するか否かを判定し、測定の動作指示に基づく全ての試料等の液体流路５５への注入が完了していない場合は当該判定が否定判定となり、再びステップ１００に戻る。

また、ステップ１０９で肯定判定となった場合は、本分注ヘッド動作制御処理を終了する。

図１９には、上記分注ヘッド動作制御処理において実行されるチップ検出処理の流れが示されている。以下、同図を参照して、本実施の形態に係るチップ検出処理について説明する。なお、同図に示すチップ検出処理は、分注ヘッド２０及びストッパ７８を用いて被覆部材２０Ｃに取り付けられたＬＥＤ８２及びフォトダイオードとピペットチップＣＰとの位置関係が図１３（Ｂ）に示すようになるまで、固定基部２０Ｂのみを上昇移動させた状態で実行される。

まず、ステップ１１０では、識別符号Ｎに１をセットし、次のステップ１１２では、Ｎ番目のＬＥＤ８２を点灯させる。

次のステップ１１４では、所定時間の経過待ちを行い、次のステップ１１６では、Ｎ番目のフォトダイオード８４に蓄積された電荷を読み出した後に、ステップ１１８に移行する。

ステップ１１８では、測定時間の経過待ちを行い、次のステップ１２０では、再びＮ番目のフォトダイオードに蓄積された電荷の読み出し、その後にステップ１２２に移行する。

次のステップ１２２では、読み出した電荷に応じた電圧値Ｖが予め設定された閾値Ｓよりも小さいか否かを判定し、当該判定が肯定判定となった場合はピペットチップＣＰが分注管２０Ａに装着されているものと判断し、ステップ１２４に移行して、Ｎ番目の分注管２０Ａの検出結果として、チップが装着されていることを記憶する。

一方、ステップ１２２で否定判定とされた場合には、Ｎ番目の分注管２０ＡにピペットチップＣＰが装着されていないものと判断し、ステップ１２６に移行して、Ｎ番目の分注管２０Ａの検出結果として、チップが装着されていないことを記憶する。

次のステップ１２８では、Ｎ番目のＬＥＤ８２を消灯させ、その後にステップ１３０に移行して、Ｎをインクリメントした後、ステップ１３２に移行してＮが１２よりも大きいか否かを判定する。当該判定が否定判定となった場合は、まだ全てのＬＥＤ８２の点灯及び対応するフォトダイオード８４による光量検出が終了していないものと判断して、再びステップ１１２に戻る。

一方、ステップ１３２で肯定判定となった場合は、全てのＬＥＤ８２の点灯及び対応するフォトダイオード８４による光量検出が終了したものと判断して、次のステップ１３４に移行する。

ステップ１３４では、分注ヘッド２０の動作状態を取得し、その後にステップ１３６に移行して、動作状態と各分注管２０Ａのチップの有無とに基づいて、異常があるか否かを判定する。

なお、動作状態としては、上記分注ヘッド動作制御処理における、ピペットチップ装着後、バッファ又は試料吸引後、液体流路への注入前、液体流路への注入後及びチップ取り外し後があげられる。

また、異常であるか否かについては、ピペットチップ
ステップ１３６で肯定判定となった場合は、ステップ１３８に移行して、動作状態に応じて次の処理を決定し、その後にステップ１４０に移行して、決定した処理を実行した後に、本チップ検出処理を終了する。

一方、ステップ１３６で否定判定となった場合はステップ１３８及びステップ１４０の処理を実行することなく本チップ検出処理を終了する。

ここで、チップの検出結果が異常である場合の、次の処理の決定は、例えば、以下の表１に示されるように決定される。

（１）ピペットチップ装着後のチップ検出においてチップがなかった場合は、もう一度ピペットチップの装着を実行する。このように再試行する場合には、再試行することを記憶しておき、再試行しても異常である場合には、異常部位の縮退、及び、装置全体の動作停止と警告の発信のうちの何れかを実行する。何れの処理を実行するかは、予め設定しておいてもよいし、ユーザによって選択可能としてもよい。

なお、異常部位の縮退は、ピペットチップＣＰの装着状態が異常である分注管２０Ａとその対された分注管２０Ａのポンプの駆動を停止することにより実行される。

また、異常部位の縮退を実行する場合、当該縮退した分注管２０Ａに対応する液体流路５５の測定データは正しくないため、当該液体流路５５の測定データに、縮退中である旨を示すマーキングをしておくことが好ましい。

（２）バッファ又は試料の吸引後のチップ検出においてチップがなかった場合は、装置全体の動作停止と警告の発信を実行する。

すなわち、この場合、バッファプレート４４Ｐの孔Ｈ又は試料プレート４０ＰのセルにピペットチップＣＰが残されたままの可能性がある。このまま処理を続行すると、残されたピペットチップＣＰが原因でこれ以降の処理が正常に実行できず、故障や破損が生じる場合もあるため、動作を停止して警告を発信し、残されたチップを除去してから動作停止を解除する。

（３）液体流路への注入前のチップ検出においてチップがなかった場合は、異常部位の縮退、及び、装置全体の動作停止と警告の発信のうちの何れかを実行する。

すなわち、この段階でのチップなしの結果は、分注ヘッド２０の移動中に、バッファや試料を吸引したピペットチップＣＰが装置内に落下していることを意味している。

この場合、チップが取り残された状態と異なり、装置の故障や破損が生じる可能性は低いことから、装置の故障や破損の防止を重要視して装置全体の動作を停止して警告を発信し、残されたチップを除去してから動作停止を解除するか、測定の効率を重要視して異常部位の縮退により、とりあえず正常な部位の測定だけを実行するか、適宜選択し得る。

（４）液体流路への注入後のチップ検出においてチップがなかった場合は、供給口５３Ａや排出口５３Ｂにチップが取り残されていることを意味しており、この状態では、今回の測定結果の信頼性が低いだけでなく、次の測定は不可能であり、装置の動作を続行すると装置の故障や破損を招くので、装置全体の動作を停止して、警告を発信し、残されたチップを除去してから動作停止を解除する。

（５）ピペットチップ取り外し後のチップ検出においてチップがあった場合は、もう一度ピペットチップの取り外しを実行する。このように再試行する場合には、再試行することを記憶しておき、再試行しても異常である場合には、故障や破損が生じる場合もあるため、動作を停止して警告を発信し、残されたチップを除去してから動作停止を解除する。

本実施形態によれば、先端にピペットチップＣＰが着脱可能であり、液体を吸排可能な分注管２０Ａが複数設けられ、Ｘ方向及びＺ方向に移動可能な分注ヘッド２０を備え、分注ヘッド２０の各分注管２０Ａのピペットチップの装着位置を挟んで互いに対向する位置に設けられた複数対のＬＥＤ８２及びフォトダイオード８４からなる検出センサにより、各分注管２０Ａの先端におけるピペットチップの有無を検出するに際し、ＬＥＤ８２及びフォトダイオード８４を一対ずつ順次駆動するようにしているので、分注管２０Ａの配設間隔によらず、他の分注管２０Ａに対応するＬＥＤ８２の発光光の影響を受けることがないので、複数対の発光素子と受光素子を用いたピペットチップの検出を精度よく行うことができる。

なお、本実施形態では、測定装置として、表面プラズモンセンサーを一例として説明したが、測定装置としては、表面プラズモンセンサーに限定されるものではない。その他の例えば、水晶発振子マイクロバランス（ＱＣＭ）測定技術、金のコロイド粒子から超微粒子までの機能化表面を使用した光学的測定技術など、あらゆるバイオセンサーに本発明は適用することができる。

また、全反射減衰を利用する他のバイオセンサーとしては、漏洩モード検出器をあげることができる。漏洩モードセンサーは、誘電体と、この上に順に層設されたクラッド層と光導波層とによって構成された薄膜とからなり、この薄膜の一方の面がセンサ面となり、他方の面が光入射面となる。光入射面に全反射条件を満たすように光を入射させると、その一部が前記クラッド層を透過して前記光導波層に取り込まれる。そして、この光導波層において、導波モードが励起されると、前記光入射面における反射光が大きく減衰する。導波モードが励起される入射角は、表面プラズモン共鳴角と同様に、センサ面上の媒質の屈折率に応じて変化する。この反射光の減衰を検出することにより、前記センサ面上の反応を測定することができる。

実施形態に係るバイオセンサーの内部の斜視図である。 実施形態に係るバイオセンサーの内部の上面図である。 実施形態に係るバイオセンサーの内部の側面図である。 実施形態に係る測定スティックの斜視図である。 実施形態に係る測定スティックの分解斜視図である。 実施形態に係る測定スティックの測定領域及び参照領域へ光ビームが入射している状態を示す図である。 実施形態に係る測定スティックの１の流路部材を下側からみた図である。 実施形態に係るバイオセンサーの測定部付近の概略図である。 実施形態に係るバイオセンサーの分注ヘッドの鉛直駆動機構を示す斜視図である。 実施形態に係るバイオセンサーの分注ヘッドのストッパにより被覆部材の移動が禁止された状態を示す斜視図である。 実施形態に係るバイオセンサーの液体吸排部の概略構成図である。 実施形態に係る支持板に設けられたＬＥＤとフォトダイオードとの位置関係を示す説明図である。 実施形態に係る支持板と分注管又はピペットチップの位置関係を示す説明図である。 実施形態に係るＬＥＤと分注管の配設位置、及びフォトダイオードにかかる影の大きさの関係を示す説明図である。 実施形態に係るピペットチップによるＬＥＤの発光光の遮光量を示すグラフである。 実施形態に係るバイオセンサーの制御部とその周辺の概略ブロック図である。 実施形態に係るＬＥＤの発光時期とフォトダイオードの電荷蓄積時期とを示すタイムチャートである。 実施の形態に係る分注ヘッド動作制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態に係るチップ検出処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１０ バイオセンサー
２０ 分注ヘッド（ヘッド部）
２０Ａ 分注管（ノズル）
２０Ｂ 固定基部
２０Ｃ 被覆部材
３０ 測定部
３２Ａ 定盤レール部
３４Ａ 光源
３４ 光出射部
４９Ｃ 搬送用レール
５０ 測定スティック
５２ 誘電体ブロック
５４ 流路部材
５４Ｄ 連結部材
５５ 液体流路
７０ 制御部（駆動制御手段）
７６ 支持部材
７８ ストッパ
８０ 支持板
８２ ＬＥＤ（発光素子）
８４ フォトダイオード（受光素子）
ＣＰ ピペットチップ

Claims (2)

1. 先端にピペットチップが着脱可能であり、液体を吸排可能なノズルと、
   複数の前記ノズルが設けられ、水平方向及び鉛直方向の少なくとも一方に移動可能なヘッド部と、
   前記ヘッド部の各ノズルの前記ピペットチップの装着位置を挟んで互いに対向する位置に設けられた複数対の発光素子及び受光素子からなり、各ノズルの先端における前記ピペットチップの有無を検出する検出手段と、
   前記検出手段により前記ピペットチップの有無を検出する際に、前記発光素子及び受光素子を一対ずつ順次駆動する駆動制御手段と、
   を備えた分注装置。
2. 前記駆動制御手段は、前記発光素子を発光させてから所定時間経過後に、前記受光素子における受光を開始することを特徴とする請求項１記載の分注装置。

Images