JP2011059045A - 分注装置および分注方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上に形成された底面が平坦な窪み形状で容積が小さいウェル状反応部に液体が正しく分注されたかどうかを分注動作中に判定し、分注量異常時には直ちに動作を停止できる。
【解決手段】
基板上に底面が平坦な窪み形状のウェル状反応部を少なくとも１個以上有する反応容器の、前記ウェル状反応部に所定量の少量液体が分注されているかどうか確認する分注装置であって、
分注装置に設置のピペットチップ（１１）側面を撮像するカメラ（１２）と、
カメラ（１２）の出力をディジタル化した画像情報とする画像入力装置（１３）と、
検査判定領域を設定し、画像情報と判定領域とを比較演算することにより、ピペットチップ（１１）中の液体の有無および量を判定するパソコン（１４）と、
検査判定領域外の判定結果が発生した場合、分注動作の停止指令を出す制御装置（１６）と、
画像情報、検査判定領域、判定結果を表示するモニタ（１５）とを具備する分注装置。
【選択図】図１

Description

本発明は，遺伝子解析などのバイオ関連の研究・生産に用いられるマイクロチップ等において、それらが有する容器内に液体が少量の所定量ずつ分注する分注装置と分注方法に関する。なお、一般的にはマイクロチップとは集積回路を作り付けた半導体小片のことであるが、ここでは、化学物質やＤＮＡ、たんぱく質などの反応、分離、精製、検出などを行う複雑な化学システムを１つの基板上に集積したものを指すものとする。

近年、化学反応やＤＮＡ反応、たんぱく質反応などをチップ上にて行うμ−Ｔｏｔａｌ
Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ（μ−ＴＡＳ）技術やＬａｂ−Ｏｎ−Ｃｈｉｐ技術が実現してきており、今まで大型の実験装置や大量の試薬が必要であった反応実験が、マイクロチップを用いて少量の試薬で行えるようになってきている。

このようなマイクロチップなどの反応容器を用いた反応実験における処理は、通常、容器上に規則的に配列された窪み形状をしたウェル状反応部の中に、検出対象となる検体を含んだ試薬液が分注された状態で行われる。このウェル内への試薬液分注工程においては、通常ピペット先端に装着されたピペットチップ内に試験管内から試薬液が吸引され、任意のウェル状反応部に試薬液が分注されるといった処理が繰り返される。このような試薬液の分注工程は自動化されてきており、先端部にピペットが装着されたヘッド部と前記反応容器とが相対的に移動して分注作業を行うことを特徴とする液体分注装置が研究され、開発されてきている。

前記分注装置において、ピペットチップの装着ミスやヘッド部の部品劣化によるエア漏れや停電、そして動作異常等により試薬液の分注ミスが生じてしまう場合も想定される。前述したマイクロチップなどの反応容器を用いた反応実験においては、規定された複数個のウェル状反応部に試薬が正確に分注されていることが必要とされる。１カ所でも試薬の分注ミスが生じてしまった場合には、全体の反応処理過程に支障をきたしてしまい、正確な結果が得られなくなってしまう。したがって、試薬分注工程段階における分注液の在液検査が強く望まれている。

試薬液がウェル状反応部に微量分注されたかどうかを確認する手段として、例えば人間の目視による検査、つまり官能検査が行われている。しかし、人間の官能に依存する官能検査においては、検査員による判定結果のばらつきを回避することはできない。特に、マイクロチップなどの容器１つ１つの容積は非常に小さいことが多いため、目視で在液を判別するのは非常に困難であり作業性が低いという問題がある。また反応容器が樹脂やガラスのような透明な材質であり、かつ反応に用いる試薬液も透明である場合には、試薬液の存在を確認することは官能検査では主観的な要素に支配されやすく、判定ばらつきが生じやすいうえに時間もかかる。そこで、検査精度およびスループットを向上させるため、分注後にマイクロチップのウエル液有無を判定する検査装置（特許文献１参照）や、分注作業前に装置の状態を自ら点検する分注装置（特許文献２参照）が開発されている。

従来の分注装置・分注方法には、要求される試薬の有無や量を検出・判定しうる手段が存在するが、何れも分注作業後、もしくは分注前のテストでの判定であり、例えば突発的な装置異常による分注異常などでは少なくとも１つのマイクロチップが不良品となってしまうのが実情であった。

特開２００８−２８６６２３ 特開２００７−３１５９６９

本発明は斯かる背景技術に鑑みてなされたもので、基板上に形成された底面が平坦な窪み形状で容積が小さいウェル状反応部に液体が正しく分注されたかどうかを分注動作中に判定し、分注量異常時には直ちに動作を停止できることを課題とする。

本発明において上記課題を解決するために、まず請求項１の発明では、基板上に底面が平坦な窪み形状のウェル状反応部を少なくとも１個以上有する反応容器の、前記ウェル状反応部に所定量の少量液体が分注されているかどうか確認する分注装置であって、
前記分注装置に設置のピペットチップ側面を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段の出力をディジタル化した画像情報とする画像入力手段と、
検査判定領域を設定する検査判定領域設定手段と、
前記画像入力手段でデジタル化した画像情報と検査判定領域設定手段により設定された判定領域とを比較演算することにより、前記ピペットチップ中の液体の有無および量を判定する演算処理手段と、
前記演算処理手段により検査判定領域外の判定結果が発生した場合、分注動作の停止指令を出す制御手段と、
前記画像入力手段でデジタル化した画像情報、および前記検査判定領域設定手段により設定された検査判定領域、および前記演算処理手段による判定結果を表示する表示手段と、
を具備することを特徴とする分注装置としたものである。

また請求項２の発明では、前記ピペットチップが、分注ノズルに対して着脱可能なディスポーザブルタイプであることを特徴とする、請求項１に記載の分注装置としたものである。

また請求項３の発明では、基板上に底面が平坦な窪み形状のウェル状反応部を少なくとも１個以上有する反応容器の、前記ウェル状反応部に所定量の少量液体が分注されているかどうか確認する分注装置が行う方法であって、
前記分注装置に設置のピペットチップ側面を撮像手段で撮像する工程と、
前記撮像手段の出力を画像入力手段でディジタル化した画像情報とする工程と、
検査判定領域を検査判定領域設定手段で設定させる工程と、
前記画像入力手段でデジタル化した画像情報と検査判定領域設定手段により設定された判定領域とを演算処理手段で比較演算することにより、前記ピペットチップ中の液体の有無および量を判定する工程と、
前記演算処理手段により検査判定領域外の判定結果が発生した場合、分注動作の停止指令を制御手段で出す工程と、
前記画像入力手段でデジタル化した画像情報、および前記検査判定領域設定手段による検査判定領域、および前記演算処理手段による検査結果を表示する表示手段と、
前記画像入力手段でデジタル化した画像情報、および前記検査判定領域設定手段により設定された検査判定領域、および前記演算処理手段による判定結果を表示手段で表示する工程と、
を含むことを特徴とする分注方法としたものである。

また請求項４の発明では、前記ピペットチップが、分注ノズルに対して着脱可能なディスポーザブルタイプであることを特徴とする、請求項３に記載の分注方法
としたものである。

本発明は、本発明の分注装置および分注方法によれば、例えばマイクロチップのようにウェル状反応部１つ１つの容積が非常に小さい反応容器内に、液体が正しく分注されたかどうかを分注動作中に判定し、分注量異常時には直ちに動作を停止することができるという効果がある。

本発明の分注装置の検査に係る部分の概略構成を示す模式図である。 図１中のピペットチップ周辺部分を詳細に示した模式図である。 本発明における観察画像例の模式図である。 本発明の分注方法の実施形態を示すフローチャート図である。

以下に、本発明を適用する分注装置の一実施形態について説明する。

図１は本発明による分注装置の検査に係る部分の構成図である。ピペットチップ１１に対して、その観察画像がカメラ１２により撮像される。なお、別途図示しない照明装置により画像撮影ができるようピペットチップ１１を照射してもよい。１３は画像入力装置でカメラ１２に接続されている。１４はパーソナルコンピュータで、画像入力装置１３に接続され、画像処理および判定処理のための計算処理を行う。１５はモニタで、カメラ１２で撮像した画像および検査結果等を表示する。１６は制御装置でパーソナルコンピュータ１４からの信号で分注装置の動作を制御する。これにより試薬吸入後、ならびに試薬吐出後の試薬量異常を検知し、分注装置が異常動作に対応した動作を行う。

図２に、カメラ１２で撮像するピペットチップ１１周辺を示す。カメラ１２はピペットチップ１１の滴下方向に対して垂直な方向に向いておりピペットチップ１１内の試薬の高さを撮像・測定可能なように設置されている。本実施形態では、検査判定領域を一括で撮像できる視野を確保できるように、カメラ１２にはＣＣＤ等のエリアカメラと光学レンズとを組み込んでいるが、試薬高さを測定できるラインセンサー等を使用してもよい。本発明における観察画像例を図３に模式的に示す。

図４は、本発明の実施の形態による分注方法を示すフローチャート図である。本発明の実施の形態による分注方法は、各種条件設定ステップ（図中Ｓで示す。以下、Ｓと略記することがある）２１、被検査画像の取り込み（Ｓ２２）、画像処理（Ｓ２３）、判定処理（Ｓ２４）、検査結果表示（Ｓ２５）、および制御信号処理（Ｓ２６）、という一連のステップによって行われる。以下、各ステップの内容をステップ順に説明する。

Ｓ２１：各種条件設定
まず、パーソナルコンピュータ１４にて、画像処理条件、検査判定のためのしきい値設定条件、異常制御信号設定条件といった、各種条件の設定を行う。

Ｓ２２：被検査画像の取り込み
カメラ１２よりピペットチップ１１の原画像を撮像し、画像入力装置１３は、撮像した原画像を取得する。

Ｓ２３：画像処理
前記ピペットチップ１１に液体が有る場合、パーソナルコンピュータ１４は、画像入力装置１３で取得した原画像について、液体の写り込み画素を２値化もしくは多値化し、試薬の高さを測定する。

Ｓ２４：判定処理
パーソナルコンピュータ１４は、画像処理Ｓ２３において得た試薬高さ測定値を、前記各種設定条件Ｓ２１にて設定されたしきい値と比較し、分注異常を判定する。例えばしきい値をＸ±０．１ｍｍと設定し、測定値がこの範囲内に入らなければ異常と判断する。図３に示す観察画像例では、試薬高さの測定値がしきい値内に入っている。

なお、図２及び３では、試薬を吸引した後のピペットチップ画像を示しているが、同様にマイクロチップのウエルに吐出後に同判定方法を実施しても良い。この場合本来試薬吐出後に全ての試薬をピペットチップから吐出する分注装置の設定であった場合、しきい値をＸ＝０とし、測定値が０以外であれば異常と判断する。

さらに試薬吸引後の測定値と、試薬吐出後の測定値の両方を使用して判定処理を行っても良い。この方法によると、例えば１吸引した試薬を２回に分けて２ウェルにそれぞれ吐出する分注装置の設定の場合であっても、各測定値を差分するなどの処理で判定可能となる。

Ｓ２５：検査結果表示
パーソナルコンピュータ１４は、各種条件設定Ｓ２１から判定処理２４までの一連のステップで得られるデータを、モニターに表示する。

Ｓ２６：制御信号処理
パーソナルコンピュータ１４は、制御装置１６に対して、判定処理Ｓ２４にて判定した結果より、各種条件設定Ｓ２１で設定された異常制御信号設定条件に従って、各異常に対応したした制御信号を送信する。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、基板上に形成された底面が平坦な窪み形状で容積が小さいウェル状反応部に液体が正しく分注されたかどうかを分注動作中に判定し、分注量異常時には直ちに動作を停止することができる。

本発明は、医薬品ならびにライフサイエンス事業における各種解析チップ、研究・開発・製造に利用可能である。

１１…ピペットチップ
１２…カメラ
１３…画像入力装置
１４…パーソナルコンピュータ
１５…モニタ
１６…制御装置

Claims (4)

1. 基板上に底面が平坦な窪み形状のウェル状反応部を少なくとも１個以上有する反応容器の、前記ウェル状反応部に所定量の少量液体が分注されているかどうか確認する分注装置であって、
   前記分注装置に設置のピペットチップ側面を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段の出力をディジタル化した画像情報とする画像入力手段と、
   検査判定領域を設定する検査判定領域設定手段と、
   前記画像入力手段でデジタル化した画像情報と検査判定領域設定手段により設定された判定領域とを比較演算することにより、前記ピペットチップ中の液体の有無および量を判定する演算処理手段と、
   前記演算処理手段により検査判定領域外の判定結果が発生した場合、分注動作の停止指令を出す制御手段と、
   前記画像入力手段でデジタル化した画像情報、および前記検査判定領域設定手段により設定された検査判定領域、および前記演算処理手段による判定結果を表示する表示手段と、
   を具備することを特徴とする分注装置。
2. 前記ピペットチップが、分注ノズルに対して着脱可能なディスポーザブルタイプであることを特徴とする、請求項１に記載の分注装置。
3. 基板上に底面が平坦な窪み形状のウェル状反応部を少なくとも１個以上有する反応容器の、前記ウェル状反応部に所定量の少量液体が分注されているかどうか確認する分注装置が行う方法であって、
   前記分注装置に設置のピペットチップ側面を撮像手段で撮像する工程と、
   前記撮像手段の出力を画像入力手段でディジタル化した画像情報とする工程と、
   検査判定領域を検査判定領域設定手段で設定させる工程と、
   前記画像入力手段でデジタル化した画像情報と検査判定領域設定手段により設定された判定領域とを演算処理手段で比較演算することにより、前記ピペットチップ中の液体の有無および量を判定する工程と、
   前記演算処理手段により検査判定領域外の判定結果が発生した場合、分注動作の停止指令を制御手段で出す工程と、
   前記画像入力手段でデジタル化した画像情報、および前記検査判定領域設定手段による検査判定領域、および前記演算処理手段による検査結果を表示する表示手段と、
   前記画像入力手段でデジタル化した画像情報、および前記検査判定領域設定手段により設定された検査判定領域、および前記演算処理手段による判定結果を表示手段で表示する工程と、
   を含むことを特徴とする分注方法。
4. 前記ピペットチップが、分注ノズルに対して着脱可能なディスポーザブルタイプであることを特徴とする、請求項３に記載の分注方法。

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