JP2021173588A - 分注装置及び分注方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所定数の共通の外径のノズル群で、所定数の分注チップ群を着脱しながら分注操作を行なう。【解決手段】先端部に複数のノズル１３を有し、このノズル１３を通して液体の吸引及び吐出を行う分注ヘッド５０と、ノズル１３に着脱自在に装着される分注チップ１、１Ｓと、を有し、ノズル１３は、分注チップ１、１Ｓの頭部内に相対的に挿入されて分注チップ１、１Ｓを着脱自在に保持し、ノズル１３における分注チップ１、１Ｓの保持個所の外径は同一とされ、分注チップは内容量が異なる複数種の分注チップ１、１Ｓを有し、内容量が異なる小容量の第１の分注チップ１Ｓと大容量の第２の分注チップ１とは、ノズル１３に着脱自在に装着可能とされ、第２の分注チップ１の頭部に装着部３が設けられ、その装着部３の中心部には、ノズル１３が挿入される装着孔が形成され、この装着孔は第２の分注チップ１の内部（チップ本体２）と連通している。【選択図】図１

Description

本発明は、分注装置及び分注方法に関するものである。

検体の分析を行うための前処理として、検体及び試薬の分注、または試料の配合等のために液体試料の分注処理に際し、分注装置が用いられる。
分注装置は、外部に設けられ検体、種々の試薬などの液体試料を収容する複数の容器からなる容器群と、容器内に挿入して、容器内部に液体試料を流入させて貯留させ、また、容器から流出可能な使い捨ての分注チップと、その分注チップを着脱可能に装着されるノズルとを構成要素として含んでいる。
近年、前記容器群に換えて、複数の液体試料の液収容部を有する一体型のカートリッジ容器が用いられることが多い。

前記ノズルと連通し、気体の吸引吐出を行うための分注シリンダが設けられる。
そして、時間あたりの処理量を高めるために、分注ヘッドに、多数のノズルと分注用シリンダの組みを配列し、分注ヘッドを前記容器群（液収容部群）に対して昇降可能にしておき、前記容器群（液収容部群）に対して、所定量の液体試薬を一斉に吸引及び吐出を行うように構成してある。

このような分注装置においては、処理対象によっては、分注処理される液体試料の種類等によって必要とされる分注量が大きく異なる。例えば、１の分注装置を用いて、サンプルから核酸を抽出して、核酸の塩基配列を決定する処理を行う場合における、核酸の抽出処理には、大量、例えば１０００μＬ程度の液量が使用されるのに対して、核酸の増幅処理には、微小量、例えば５μＬ程度の液量が使用されるにすぎない。

特開２０１８−１０２８３６号公報

上記のように、必要な分注液量に対応して分注容量が異なる複数の分注チップを用意することが考えられる。

そこで、分注容量に応じて分注チップの長さを変えることが考えられるが、分注チップ群を同時的に昇降させて容器内の液体試薬の吸引・吐出を行うには不向きである。

したがって、分注チップの径を大径のものと小径のものとに分けて用意するのが適している。
しかし、この場合には、小径の分注チップにノズルの外径が対応するのであれば、そのノズルは大径の分注チップとの関係ではすき間が生じ、大径の分注チップを保持できない。

また、小径の分注チップ用の小径ノズルと、大径の分注チップ用の大径ノズルとの両者を分注ヘッドに装備させることも考えられるが、所定数の共通の外径のノズル群で、所定数の分注チップ群を着脱しながら分注操作を行えるようにすることが、分注装置のスペース、製作コストなどの点で望ましい。

したがって、本発明の主たる課題は、所定数の共通の外径のノズル群で、所定数の分注チップ群を着脱しながら分注操作を行えるようにすることにある。

上記課題を解決した本発明の代表的態様は次記のとおりである。
＜分注装置の代表的態様＞
分注装置の代表的態様は次のとおりである。
分注ヘッドに対して保持される複数の分注チップにより、液体試料を収容する容器内の液体を吸引及び吐出を行う分注装置であって、
先端部に複数のノズルを有し、このノズルを通して液体の吸引及び吐出を行う吸引・吐出操作部を有する前記分注ヘッドと、
前記ノズルに着脱自在に装着される前記分注チップと、を有し、
前記ノズルは、前記分注チップの頭部内に相対的に挿入されて前記分注チップを着脱自在に保持し、前記ノズルにおける前記分注チップの保持個所の外径は同一とされ、
前記分注チップは内容量が異なる複数種の分注チップを有し、
内容量が異なる小容量の第１の分注チップと大容量の第２の分注チップとは、前記ノズルに着脱自在に装着可能とされ、
前記第２の分注チップの前記頭部に装着部が設けられ、その装着部の中心部には、前記ノズルが挿入される装着孔が形成され、この装着孔は前記第２の分注チップの内部と連通している、
ことを特徴とする分注装置。

＜分注方法の代表的態様＞
分注方法の代表的態様は次のとおりである。
分注ヘッドに対して保持される複数の分注チップにより、液体試料を収容する容器内の液体を吸引及び吐出を行う分注装置を使用して分注を行う方法であって、
前記分注装置は、
先端部に複数のノズルを有し、このノズルを通して液体の吸引及び吐出を行う吸引・吐出操作部を有する前記分注ヘッドと、
前記ノズルに着脱自在に装着される前記分注チップと、を有し、
前記ノズルは、前記分注チップの頭部内に相対的に挿入されて前記分注チップを保持すし、前記ノズルにおける前記分注チップの保持個所の外径は同一とされ、
前記分注チップは内容量が異なる複数種の分注チップを有し、
内容量が異なる小容量の第１の分注チップと大容量の第２の分注チップとは、前記ノズルに着脱自在に装着可能とされ、
前記第２の分注チップの前記頭部に装着部が設けられ、その装着部の中心部には、前記ノズルが挿入される装着孔が形成され、この装着孔は前記第２の分注チップの内部と連通しており、
複数の液体試料を収容する収容部群に対し、前記分注ヘッドを昇降及び水平移動させて、分注チップ群により前記液体試料の吸引及び吐出を行う、
ことを特徴とする分注方法。

本発明によれば、所定数の共通の外径のノズル群で、所定数の分注チップ群を着脱しながら分注操作を行うことができる。

本発明の分注装置の概要説明図である。 分注チップを示し、（ａ）は使用状態斜視図、（ｂ）は分解状態斜視図である。 分注チップと液体試料の容器（カートリッジ）との関係を示す概要斜視図である。 仮定で挙げた分注チップの保持状態縦断面図である。 小容量の注チップの保持状態縦断面図である。 大容量の分注チップの保持状態縦断面図である。 吸引・吐出操作部の例を示すもので、（ａ）は斜視図。（ｂ）は縦断斜視図である。 吸引・吐出操作部の例の動作例の縦断面で示す説明図である。 分注装置例の全体例を示す斜視図である。 分注装置を利用した測定システムの第１の概要斜視図である。 分注装置を利用した測定システムの第２の概要斜視図である。 分注装置を利用した測定システムの第３の概要斜視図である。 分注装置を利用した測定システムの第４の概要斜視図である。 分注装置を利用した測定システムの第５の概要斜視図である。 分注装置を利用した測定システムにおける測定レーンを平面で示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ詳説する。

図１及び図２を参照すれば、実施の形態の分注装置Ｍは、
分注ヘッド５０に対して保持される複数の分注チップにより、液体試料を収容する容器内の液体を吸引及び吐出を行う分注装置であって、
先端部に複数のノズル１３を有し、このノズル１３を通して液体の吸引及び吐出を行う吸引・吐出操作部を有する前記分注ヘッド５０と、
前記ノズル１３に着脱自在に装着される前記分注チップ１、１Ｓと、を有し、
前記ノズル１３は、前記分注チップ１、１Ｓの頭部内に相対的に挿入されて前記分注チップ１、１Ｓを着脱自在に保持し、前記ノズル１３における前記分注チップ１、１Ｓの保持個所の外径は同一とされ、
前記分注チップは内容量が異なる複数種の分注チップ１、１Ｓを有し、
内容量が異なる小容量の第１の分注チップ１Ｓと大容量の第２の分注チップ１とは、前記ノズル１３に着脱自在に装着可能とされ、
前記第２の分注チップ１の前記頭部に装着部３が設けられ、その装着部３の中心部には、前記ノズル１３が挿入される装着孔３ｃが形成され、この装着孔３ｃは前記第２の分注チップ１の内部（チップ本体２）と連通している、構成を有する。

大容量の第２の分注チップ１は、大容量のチップ本体２の上部に装着部３が設けられるのに対し、小容量の第１の分注チップ１Ｓは、第２の分注チップ１のような装着部３を備えておらず、小容量のチップ本体２Ｓの上部の頭部が直接、ノズル１３が挿入され、分注ヘッド５０のノズル１３に着脱自在に装着されるようになっている。

実施の形態における大容量の第２の分注チップ１は、大容量のチップ本体２の上部が大径とされ、その頭部に筒状の装着部３が嵌合して設けられているものである。装着部３の下部は嵌合部３ａとされ、中央部には鍔部３ｂを有し、嵌合部３ａが、チップ本体２の頭部の開口２ａ内に挿入され、鍔部３ｂがチップ本体２の頭部の開口端に係合し、装着部３
がチップ本体２に連結又は一体化されている。

分注チップ１、１Ｓは、ノズル１３を通して液体試料を吸引及び吐出を行う。この前吸引及び吐出のために、分注ヘッド５０における吸引・吐出操作部が設けられる。

実施の形態では、小容量の第１の分注チップ１Ｓでは、少量の液体試料を吸引及び吐出を行い、大容量の第２の分注チップ１では、多量の液体試料を吸引及び吐出を行う。、
液体試料の吸引量及び吐出量に応じて、専用の吸引・吐出操作部を設けることが考えられるが、第１の分注チップ１Ｓ及び第２の分注チップ１に対して、共用できる吸引・吐出操作部とすることが、装置のコスト及びハンドリングの多様性を確保するうえで、望ましい態様である。

そこで、例えば図７及び図８の吸引・吐出操作部１０の構成とすることができる。
吸引・吐出操作部１０は、内部に空洞（１８、１９、１６）を有するシリンダ１１と、前記空洞（１８、１９、１６）内を前記軸線方向に沿って摺動可能に設けられ、シリンダ１１の外部側端部にステッピングモータ等の駆動部と連結するためのフランジ１２ａを有するプランジャ１２とを有する。

シリンダ１１の一端に連結部１１ｂを介してノズル１３が設けられている。ノズル１３は吸引吐出口１３ａを有し、空洞（１８、１９、１６）と連通し前記空洞の軸線方向に沿って延びる貫通孔１３ｂが形成されている。ノズル１３の先端部には、嵌合部１３ｃが形成され、この嵌合部に、分注チップ（１、１Ｓ）が装着される。

空洞（１８、１９、１６）は、大径の内周面を有する大径領域１８、およびその大径領域のノズル１３側に設けられ小径の内周面を有する小径領域１６を有する。ここで、本実施の形態では、貫通孔１３ｂの内径は、小径領域１６の内径よりも大きいが、大径領域１８の内径よりも小さい。

プランジャ１２は、シリンダ１１の他端に設けられた開口部１１ａを貫通してシリンダ１１の空洞（１６、１８、１９）の軸線方向に沿って設けられたロッド１２ｂと、該ロッド１２ｂに同軸に設けられ該ロッド１２ｂの外径よりも大きい外径を有する円柱状に形成され、大径領域１８を摺動可能に設けられた太軸部１５と、太軸部１５またはロッド１２ｂの先端面から軸線方向に沿って突出しかつ小径領域１６を摺動可能に設けられた細軸部１４とを有する。
細軸部１４の軸線方向に沿った長さ（ｄ３）は、太軸部１５の行程（Ｄ）よりも短く形成されている。

さらに、本実施の形態に係る吸引・吐出操作部１０にあっては、小径領域１６の上端部（位置はほぼｄ５＝０である）の内周面に周方向に沿って軸線を囲むように気密シール部材としてのＯ−リング１７ａが設けられ、太軸部１５にはその外周面に周方向に沿って軸線を囲むように他の気密シール部材としてのＯ−リング１７ｂが設けられている（気密シール部材までの距離はｄ１）。

また、吸引・吐出操作部１０にあっては、大径領域１８と小径領域１６との間に、太軸部１５が軸線方向に沿って遊動可能な遊動領域１９を大径領域１８および小径領域１６と同軸に設け、遊動領域１９の長さ（ｄ０）は軸線方向に沿って細軸部１４の軸線方向に沿った長さ（ｄ３）に太軸部の長さ（ｄ１）を足したもの以上の長さを有する。
遊動領域１９は、太軸部１５と摺動しない内周面を有する領域であって、大径よりも大きい極大径の内径を有する。したがって、大径領域１８との境界には、ノズル１３に向かって先太りの傾斜面が形成され、小径領域１６との間には、空洞の内壁面を仕切るように、ノズルの先端方向に向かって、内側方向に突設した少なくとも１の段差が設けられている。

図２は、本実施の形態に係る吸引・吐出操作部１０の動作を示すものである。
図２（１）および（２）は、微小量の液体の吸引動作を示すものである。図２（１）にあっては、前記プランジャ１２の下死点を遊動領域１９の最下端、すなわち小径領域１６の上端として、下死点に前記太軸部１５が位置し、したがって、細軸部１４は小径領域１６内に挿入されている。この状態で、ノズル１３に装着した分注チップの先端を液体が収容されている容器内に挿入する。

なお、太軸部１５の行程をＤ、太軸部１５の先端の最下端からの軸線方向に沿った距離をｄ、前記細軸部１４の長さをｄ３、太軸部１５の先端から気密シール部材１７ｂまでの距離をｄ１としている。したがって、遊動領域１９の長さｄ０は、ｄ３＋ｄ１以上であり、小径領域とノズルの貫通孔の長さの和をｄ２とすると、前述したように、０≦ｄ≦Ｄ、ｄ３＜ｄ２、ｄ３＜Ｄである。

図２（２）にあっては、プランジャ１２を下死点から距離ｄ（＜ｄ３）だけ上昇させると、細軸部１４が小径領域１６を摺動して距離ｄだけ上昇し、太軸部１５は遊動領域１９内をｄだけ移動し、ノズル１３に装着された分注チップ内に液体がＳ２×ｄだけ流入する。
この図２（１）と図２（２）のｄ＜ｄ３が微小量吸引吐出区間に相当する。

図２（３）にあっては、前記プランジャ１２を前記下死点から距離ｄ＝ｄ３だけ移動させると、前記細軸部１４が前記小径領域１６の抜出を開始し、前記太軸部１５が前記大径領域１８への進入により、前記ノズル１３の開口部１３ａを通る気体の前記遊動領域１９および大径領域１８への吸引が開始されることになる。

図２（４）にあっては、プランジャ１２を下死点から距離ｄ（＞ｄ３）だけ移動させると、細軸部１４は遊動領域１９内を移動した後、太軸部１５が大径領域１８内を摺動し、ノズル１３に装着した分注チップ内に液体が一般に（上記（２）の場合）、Ｓ１×｛ｄ−（ｄ０−ｄ１）｝、図２では、Ｓ１×（ｄ−ｄ３）吸引されることになる。ここで、Ｓ１、Ｓ２は各々大径領域１８、小径領域１６について前記軸線方向に垂直に切断した各断面積である。

以上の実施の形態によって、分注ヘッド５０における吸引・吐出操作部１０は、ノズル１３を通して液体試料の吸引量及び吐出量を選択可能に構成されているものである。

上記の吸引・吐出操作部１０は例示であり、公知の吸引・吐出操作部を使用してもよい。例えば、ノズル１３を通して液体試料の吸引量及び吐出量を選択可能に構成されている形態として、特開２０１１−１６３７７１号などの形態を挙げることができる。

他方、分注装置Ｍは、複数の液体試料を収容する収容部群に対し、分注ヘッド５０を昇降及び水平移動させて、分注チップにより液体試料の吸引及び吐出を行うものである。
分注ヘッド５０と液体試料を収容する収容部群との相関を図９に示した。

例えば、が６００ｍｍ程度の大きさで、
分注装置Ｍは、縦方向（ＨＹ軸方向）、横方向（ＨＸ軸方向）、高さ方向（Ｖ軸方向）の移動機構を備えている。
また、多数の液収容部を有するカートリッジ容器２０₁〜２０₈（図示例ではｎ＝８）が、ステージ２０Ｓ上に、ＨＹ軸方向に沿い、ＨＸ軸方向に並んで配置されている。

分注ヘッド５０は保持体５に保持され、この保持体５をＨＹ軸方向に移動させる分注ヘッド移動機構５１が設けられている。分注ヘッド移動機構５１は、ＨＹ軸移動用モータ５１１と、ＨＹ軸移動用モータ５１１により駆動されるタイミングベルト５１５の移動によってＨＹ軸方向に沿って移動する移動枠５１３と、タイミングベルト５１５と噛み合う回転可能な２つのプーリ５１４とを有する。移動枠５１３の移動と一体となって保持体５がＨＹ軸方向に移動する、

分注ヘッド５０は、シリンダ１０₁〜１０₈およびシリンダと連通するノズル１３を配列するように支持するノズル配列支持部７０を有する。このノズル配列支持部７０は、保持体５に対して高さ方向（Ｖ軸方向）に移動可能に支持される。ノズル配列部７０をＶ軸方向に移動させるためのＶ軸移動用モータ（図示せず）が保持体５に設けられている。

ノズル配列部７０に配列された分注用シリンダ１０₁〜１０₈内を摺動可能な８本のプランジャ１２を上下方向に駆動するプランジャ駆動板５３２と、プランジャ駆動板５３２を駆動するための吸引吐出駆動用のモータ５３１が設けられている。ここで、プランジャ駆動板５３２およびモータ５３１は、吸引・吐出操作部１０の吸引・吐出駆動部５３を構成する。

ノズル配列部７０の下方にチップ脱着部材５９１が設けられている。チップ脱着部材５９１はその両端部において、ノズル配列部７０に支持された上方向に付勢されながら下方向に移動可能な２本のシャフト５９２の下端に取り付けられることにより、ノズル配列部７０に水平に支持されている。

分注用シリンダ１０₁〜１０₈の上端よりも上方であるが、プランジャ駆動板５３２の通常の吸引吐出の行程（Ｄ）の下死点よりも下方に、シャフト５９２の上端５９３が位置している。そのシャフト５９２の長さは前述した「ｒ０（≠０）」に関係し、プランジャ駆動板５３２が行程（Ｄ）を超えて、分注用シリンダ１０₁〜１０₈の上端近くまで下降することによって、シャフト５９２の上端が下方向に押されて、分注用シリンダ１０₁〜１０₈の上端近くまでシャフト５９２が下降することで下方向に押されてチップ脱着部材５９１を下降させるチップ脱着機構５９が設けられている。
ここで、チップ脱着部材５９１には、ノズル１３の嵌合部１３ｃの外径よりも大きいが、分注チップ１の最大外径よりも小さな内径を持つ８個の孔が有し、ノズル１３が貫通するように形成されている。

本発明に係る分注装置は、種々の形態に利用できる。その一例について以下説明する。

すなわち、検体を収容するための収容部、夾雑物を検体から取り除くための磁性粒子を予め収容しておくための収容部、検体中の抗原の標識化用の抗体が結合した磁性粒子を予め収容しておくための収容部、基質液を予め収容した収容部などを予め一体化した、カートリッジ２０、１８０を用いて検体の前処理を含む一連の工程を実施するのに分注装置Ｍを使用できる。また、カートリッジを用いた検体の処理システムは、夾雑物の除去処理工程だけでなく、この夾雑物の除去処理工程に続く標識化反応工程やこの標識化反応工程を含む測定工程を一貫して実行できるようにしてもよい。
カートリッジ２０は液収容部２０Ａ，２０Ｂ……２０Ｎを有する。試薬を含む場合、その開口部はアルミのシートなどにより予め覆われる。

このようなカートリッジ１８０を用いた測定システムについて以下に説明する（カートリッジ２０についても同様である。）。
図１０は、前処理用の磁性粒子や基質液を予め収容したカートリッジ１８０を利用する測定システムの概略を示す図である。図１１は、カートリッジを利用する測定システムの作動形態について概略的に説明する図である。図１０、図１１に示すように、測定システム１５０は、磁石１５１、分注装置Ｍ、ヒートブロック１５３、検出装置１５４、配置制御装置、中央制御装置などを備える。

分注装置Ｍは吸引・吐出操作部１０、ノズル１３を備え、ノズル１３には分注チップ１（１Ｓ）を着脱自在にマウントすることができる。検出装置１５４は光電子増倍管（以降、ＰＭＴという）１７２、光源１７０を備え、光源１７０からの光をＰＭＴ１７２で受光しこれに応答してＰＭＴ１７２から信号が出力される。
図１１に示すように、例えば、ノズル１３、後述するＰＭＴ１７２、および光源１７０は中央制御装置によって垂直方向で移動制御され、磁石１５１や試薬カートリッジであるカートリッジ１８０は中央制御装置によって水平方向で移動制御される。

カートリッジ１８０は、細長く形成されたベースパネル１８１と複数の収容部１８２とを備え、パネル１８１の長手方向の一端から他端に向かって複数の収容部１８２が配列されている。カートリッジ１８０は、ベースパネル上に形成されたベース１８１と複数の収容部１８２とが一体に形成されている。各収容部１８２はベースパネル上に開口し、分注チップ１（１Ｓ）の受け入れが可能となっている。

カートリッジ１８０に備えられる収容部１８２として、前処理用の磁性粒子液が収容された収容部、検体を収容するための収容部、標識化用の抗体が結合した磁性粒子液を収容した収容部、標識化用の磁性粒子に結合した抗原を洗浄するための洗浄液が収容された収容部、発色反応を引き起こすための基質液を収容した収容部などを備える。
なお、カートリッジ１８０に備えられる収容部として上記を例示したが、収容部の種類はこれに限らない。例えば、前処理だけを実行できるようにカートリッジに収容部を備えてもよい。

ベースパネル１８１（例えばその中央部）には吸光度を測定するための収容部１８２ａが設けられ、この収容部１８２ａの上側にはＰＭＴ１７２を装着するためのマウント１８が配置されている。ベースパネル１８１や収容部１８２はアルミのシール等によって遮光
され、ＰＭＴ１７２はマウント１８４に光密に嵌合される。検出用の収容部１８２ａの底部は光源１７０と光密に嵌合可能であり、検出用の収容部１８２ａの底部に嵌合した光源１７０から放射される照射光をＰＭＴで受光してフォトンを計数することができる。

カートリッジ１８０は図示しないカートリッジコントローラによってノズル１３やＰＭＴ１７２に対する位置が決められる。カートリッジコントローラはカートリッジ１８０を水平方向に移動させて分注装置Ｍや検出装置１５４に対するカートリッジ１８０の位置を決定する。カートリッジ１８０の配置が制御されることで、例えば分注チップに対して適切にカートリッジ１８０を配置させることができ、夾雑物の除去処理工程、標識化反応工程、検出工程におけるピッペッティングや吸光度測定をスムーズに実行することができる。

カートリッジ１８０の収容部１８２は、例えば、夾雑物の除去処理を行うための第１部１８７と、標識化反応工程や検出工程を行うための第２部１８８とを有する。なお、カートリッジ１８０にインキュベーションを行うためヒータ１５３の装着が可能な収容部を設けたが、このヒータ用の収容部は測定システムの目的に応じて適宜省略してよい。

カートリッジ１８０を利用する測定システム１５０の作用について以下に説明する。カートリッジ１８０のマウント後、予めカートリッジ１８０の第１の収容部に収容された磁性粒子液が分注チップ１（１Ｓ）内に吸い上げられて第２の収容部内に排出され、ポンピングされる。

図１２は、カートリッジを利用する測定システムの前処理工程について示した図である。図１２に示すように、ポンピング後、第２の収容部内の液体が分注チップ１（１Ｓ）内に吸い上げられて夾雑物が結合した磁性粒子が磁石１５１によって分離され、夾雑物が除去された測定サンプルが第３の収容部に排出される。
第３の収容部には、標識化用の磁性粒子と測定サンプルとの混合液が収容され、この混合液がポンピングされ、分注チップ内に吸い上げられる。混合液の吸引後、磁石によって抗原が一体となった磁性粒子が分離され、第４の収容部に投入される。
磁性粒子と一体となった抗原は、第４の収容部内に予め収容された洗浄液によって洗浄され、洗浄液と抗原との混合液はピペットップ内に吸い上げられる。分注チップ内に吸い上げられたこの混合液から抗原と一体となった磁性粒子が磁石１５１によって分離され、抗原が検出用の第５の収容部１８２ａに投入される。

図１３はカートリッジ１８０を利用する測定システムの測定工程について示した図である。図１３に示すように、第５の収容部１８２ａ内には基質液が予め収容されており、この基質液と抗原とが反応して発色し吸光度が検出される。
なお、検体中の夾雑物を除去処理する際、メンブレン、アフィニティカラム、あるいは還元剤が固定されたゲルを用いて検体に含まれる夾雑物を除去処理したい場合には、ノズル１３にメンブレンを備えた分注チップ、アフィニティカラムを含有する分注チップ、あるいは還元剤が固定されたゲルを含有する分注チップを取り付けて検体を処理する。
例えば図１３に示すように、メンブレンを備えた分注チップ１９０を用いて検体に含まれる夾雑物を除去処理する場合は、ノズル１３にメンブレンを備えた分注チップ１９０を装着して検体を処理する。これにより、測定システム１５０における夾雑物の除去処理手法のバリエーションを確保でき、システムの利便性を高めることができる。

以上のように、検体の前処理工程を含む一連の工程で必要となる収容部を予めカートリッジ１８０に設け、このカートリッジ１８０を測定システム１５０にマウントして使用することにより、ユーザは磁性粒子液や洗浄液等の調製に係る手間を省くことができ、測定システム１５０の運用における利便性を高めることができる。

上記の態様では、分注チップを垂直方向で移動させカートリッジを水平方向で移動させて前処理を実行したが、前処理の実行手法はこれに限らない。例えば、カートリッジを固定し、分注チップを水平方向および垂直方向に移動させて検体の前処理を実行してもよい。カートリッジを固定することで、ウェル内の液体が外部に飛び出ないようにシステムを設計する手間が省け、より簡便な測定システムの提供が可能となる。

上記の実施態様では、中央部に基質液が予め収容された収容部１８２ａを設け、端部に培養用のヒータ１５３の装着が可能な収容部を設けたカートリッジ１８０を例示したが、カートリッジにおける収容部の配列順序はこれに限らない。図１４は、別形態のカートリッジ２００について概略的に示した図である。例えば、図１４に示すように、カートリッジがマウントされる測定システム本体の構成に合わせて適宜変更してよい。図１４に図示した形態では、カートリッジ２００の中央部にヒータ１５３の装着が可能な収容部２０２ａを設け、端部に基質液が予め収容された収容部２０２ｂを設けた。このように収容部の配列順序を処理内容に鑑みて適宜変更することでより効率的な検体の処理を行うことができる。

また、上記の実施態様では、磁性粒子液を収容部１８２に予め収容させたが、磁性粒子液を予め保持した分注チップを用いる、あるいは、検体中の夾雑物を吸着する担体を備えた分注チップを用いて検体の前処理を実行してもよい。この場合、このような分注チップに合わせてカートリッジの収容部の構成を適宜変更する必要がある。

さらに、上記の実施態様では、第１部１８７と第２部１８８とが一体形成されたカートリッジ１８０を例示したが、第１部１８７と第２部１８８とを組み合わせ自在に構成してもよい。第１部１８７と第２部１８８とを組み合わせ自在な構成とすることで、検体について、夾雑物の除去処理だけを実行したい場合、前処理工程を除く標識化反応工程から検出工程までだけを実行したい場合、あるいは全工程を実行したい場合に、ユーザはそれぞれの場合に応じて第１部、第２部、第１部と第２部との組み合わせのいずれかを選択することができ、より利便性の高い測定システムを提供することができる。

上記の実施態様では、検出対象の抗原としてＣＡ１９−９を用いたものを例示したが、検出対象はこれに限らず、例えば、リウマチ因子、遊離サイロキシン（Ｆ−Ｔ４）、甲状腺刺激ホルモン（ＴＳＨ）、インスリン、α胎児性タンパク（ＡＦＰ）などの単純タンパクまたは複合タンパク、ステロイドホルモン、ペプチドホルモン等への適用もできる。

別の実施の形態として、分注装置を核酸検出分野に用いた態様がある。これにについて以下に説明する。
検体から核酸を抽出しこの抽出された核酸を増幅して測定する場合、第１担体として標的核酸に対して親和性を有する物質が固定されたものを用いて検体から標的核酸を抽出し、第２担体として標的核酸の検出用試薬を固相化してなるものを用いて標的核酸を測定することができる。この測定システムでは、検体中の標的核酸を検出する工程の前に、第１担体を用いて核酸を抽出する工程が実行される。さらに、この測定システムでは、生体関連物質と親和性を有する、および／または生体関連物質を標識化する物質が固定された第２担体を調製する工程を含む。
このような第１担体を用いた核酸の抽出工程および第２担体の調製工程を含む前処理を１つのシステムで一貫して行うことができる。

図１５は、検体からの核酸の抽出から第２担体の調製までの前処理工程、並びに検出工程を概略的に示した図である。図１５に示すように、標的核酸の測定システムでは、（ｉ）標的核酸に対して親和性を有する物質が固定された担体（第１担体）を用いて検体から標的核酸を抽出する工程、（ｉｉ）生体関連物質と親和性を有するかあるいは生体関連物質を標識化する少なくともいずれかの機能を有する担体（第２担体）を調製する工程、（ｉｉｉ）調製された第２担体を用いて標的核酸を標識化して検出する工程、が行われ、好ましくは、前処理（ｉ）〜（ｉｉｉ）を一貫して行うものである。検体は、ユーザによって測定システムに備えられたウェル５０２に収容される。

（６−１ 検体から標的核酸を抽出する工程）
標的核酸を取得するため、核酸捕捉用のプローブが固定された第１担体である磁性粒子（以降、核酸捕捉用磁性粒子という）が備えられた分注チップ（分注チップともいう）がノズルに装着される。ウェルに収容された検体が分注チップに吸い上げられ、核酸捕捉用磁性粒子と混合される。混合後、核酸捕捉用磁性粒子に固定されたプローブに標的核酸が特異的に結合して核酸捕捉用磁性粒子に捕捉される。

標的核酸が結合した核酸捕捉用磁性粒子が分注チップ内に吸い上げられた状態で、分注チップに磁石が近づけられ核酸捕捉用磁性粒子が分注チップ内に拘束される。核酸捕捉用磁性粒子が磁石によって拘束された分注チップがウェルから離れ、洗浄液を収容したウェルに移動して磁石が遠ざかることで、核酸捕捉用磁性粒子が洗浄液内に解放される。洗浄液によって核酸捕捉用磁性粒子を洗浄した後、試薬などを加えて標的核酸を磁性粒子から分離して標的核酸を取得することができる。

（６−２ 取得された標的核酸を検出するための担体を調製する工程）
他方、抽出された標的核酸を検出するために、生体関連物質と親和性を有しかつ生体関連物質を標識化する物質が固定された担体が調製される。標的核酸の検出では標的核酸の標識化および増幅が行われ、標識化法および増幅法としては、ＰＣＲ法、ＰＴ−ＰＣＲ法、リアルタイムＰＣＲ法、ＬＡＭＰ法、ＲＴ―ＬＡＭＰ法、ＩＣＡＮ法、ＳＤＡ法、ＲＣＡ法、ＮＡＳＢＡ法など公知の方法を用いることができる。リアルタイムＰＣＲ法は様々な手法が存在するが、例えばインターカレーション法、ハイブリダイゼーション法、ＬＵＸ法などが可能である。

核酸の標識化および増幅には、核酸の標識化および増幅用のプローブやプライマーを含有する固相化されたマスターミクスチャ（ＭＭＸ）を用いることができる。リアルタイムＰＣＲ法を用いる場合、増幅処理する核酸の種類に合わせて核酸増幅用のプライマーやプローブを適宜選択することが好ましい。プローブ、プライマーとしては、例えば、ＴａｑＭａｎ（登録商標）プローブ、ＦＲＥＴプローブ、ＬＵＸプライマーなど種々のものを用いることができる。プローブは標的核酸を標識化するための標識を備えており、この標識を備えたプローブが標的核酸とハイブリダイズすることで標的核酸が標識化される。プライマーおよびプローブは検出対象の核酸の種類に応じて適宜設計することができる。例えば、リアルタイムＰＣＲ法としてハイブリダイゼーション法を用いる場合、標的核酸は、熱変性、アニーリング、および伸長反応が行われ、標的核酸が標識化される。

本発明においては、標的核酸の検出を実行する前に、核酸の増幅に用いられる試薬を予め調製し、これを固相化してウェル内に収容することで、固相化された試薬（以降、固相化試薬という）を固定したウェル（第２担体）が作製される。核酸の増幅時にはこの固相化試薬に緩衝液、核酸等を注入することで標的核酸の標識化および増幅が開始される。大容量のマスターミクスチャを用いることにより、測定工程時、測定用サンプルを収容するためのウェルに分注することが可能となり、作業効率を向上させることができる。試薬を固相化する方法については特に限定しないが、試薬を凍結乾燥すると利便性が高まり、作業効率の改善が期待できる。

マスターミクスチャの試薬を凍結乾燥する場合は、例えば、標的核酸を増幅するためのプライマーおよびプローブ、およびその保護安定させるためのサッカライド類やポリビニルピロリドンなどの保護安定化剤を混合させ、所定温度で冷却して減圧することで作製できる。調整時の圧力、冷却温度、および冷却時間は、目的とするマスターミクスチャの性質に合わせて適宜変更してよい。また、本発明においては、凍結乾燥したときに凍結乾燥品が容器内に固相として（第２担体として）固定化されるように、スクロース、ラクトース、またはトレハロース等を混合することが好ましい。これにより、例えば凍結乾燥された試薬を容器内壁に膜状に層設して固定することができる。

（６−３ 標的核酸を検出する工程）
標的核酸の検出は、固相化試薬を備えたウェルに標的核酸を注入して行われる。標的核酸の注入後、標的核酸が固相化試薬に含まれるプローブとハイブリダイズして検出が可能となり、例えば、発光、蛍光などを測定することで標的核酸を検出することができる。検出デバイスとして、例えば、イメージセンサを搭載した蛍光レーザ顕微鏡を用いることで標的核酸の画像データを取得でき、この画像データを適宜解析することで蛍光強度などを算出することができる。このように蛍光強度を算出することで標的核酸の検出を行うことができる。

次に上記の各工程を自動的に実行するシステムについて説明する。上記の手順を自動的に実行する測定システムは、検体を収容し標的核酸を取得する測定サンプルの取得装置、取得された測定サンプルを、ＰＣＲ法等を用いて増幅して検出する検出装置を備える。

測定サンプルの取得装置は、例えば、検体を収容するウェルや試薬を収容するウェルを有し、検体を収容するウェルには、組織、細胞、体液などユーザによって取得された検体が収容される。なお、検体が組織や細胞片の場合は、予め細かくしておくことが好ましい。

試薬を収容するウェルは、複数のウェル、分注チップ、検体を溶解するための試薬、溶解された検体に投入され標的核酸と特異的に結合するプローブが固定された磁性粒子、磁性粒子を分注チップ内に拘束するための磁石、標的核酸とこの核酸とプローブを介して特異的に結合した磁性粒子とを分離して溶出する溶出試薬などを備え、検体を収容するウェルに収容された検体から、ＤＮＡやＲＮＡなどの標的核酸を抽出する。

さらに、試薬を収容するウェルは、検体から抽出された標的核酸を標識化および増幅するための固相化された試薬を収容するウェルを備え、ウェル内には、例えば、緩衝液、プライマー、プローブ、核酸ポリメラーゼ、蒸留水、洗浄液などを固相化して収容する。固相化された試薬は、例えば、各試薬を一体に混合しさらに凍結乾燥することで作製できる（凍結乾燥マスターミクスチャ）。

標的核酸の抽出は、検体を溶解しこの溶液と、標的核酸と特異的に結合するプローブが固定された磁性粒子とを混合し、混合後に磁石を用いて標的核酸が結合した磁性粒子を分注チップ内に拘束して分離し、この分離した磁性粒子を洗浄した後に標的核酸を溶出することで実行することができる。

検出装置は検体から抽出された標的核酸を増幅して検出する動作を実行する。核酸の増幅手法としては、例えばリアルタイムＰＣＲ法が挙げられる。標的核酸の増幅は、試薬を収容するウェルに収容された凍結乾燥マスターミクスチャを用いてリアルタイムＰＣＲ法に従って実行することができる。検出装置は核酸増幅用の反応容器とこの反応容器の温度を調節する温度調節部などを備え、核酸の熱変性、アニーリング、伸長反応の各工程を繰り返し実行することができる。標的核酸の増幅後、標識化された標的核酸に、例えば、励起用の電磁波を照射する、蛍光反応用の基質液を添加してから標的核酸をスキャナなどでスキャンすることで標的核酸を検出することができる。

上記システムをより具体化したものについて以下に説明する。図１５は標的核酸の抽出から検出まで実行するためのウェルを上部から示した図である。図１５に示すように、標的核酸の測定システム４８０は処理ラインを備え、図１５は第１処理ライン５００Ａから第１２処理ライン５００Ｌまでの１２列の処理ラインを例示した図である。各処理ライン５００Ａ〜５００Ｌでは、例えば、検体を収容するウェル５０２、溶解液を収容するウェル５０４、緩衝液を収容するウェル５０６、磁性粒子を収容するウェル５０８、検体から抽出された核酸を洗浄するための洗浄液や分注チップを洗浄するための洗浄液が収容されたウェル５１０、磁性粒子と標的核酸とを分離する溶出液を収容したウェル５１２、検体から核酸を抽出してなる測定サンプルを一時的に収容するウェル５１４、測定サンプルを標識化して標的核酸を検出するための固相化されたマスターミクスチャを収容したウェル５１６が、配列されている。

第１〜第１２処理ライン５００Ａ〜５００Ｌの上方には、各処理ライン５００Ａ〜５００Ｌに対応して１２個のノズルがライン方向Ｐ（図示省略）に移動自在に設けられ、各ノズルに分注チップが適宜装着される。測定システム４８０は、例えば、ウェルを配置するスペースを外部から隔離するための遮蔽扉を備え、これら第１〜第１２処理ラインに設けられたウェルは、この隔離扉によって外部から遮断することができる。上記では１２列の処理ラインを備えた装置を例示したが、処理ラインの本数はこれに限らず、例えば、１本や２本でもよく、また、さらに処理能を高めるために２０本、３０本としてもよい。

（分注チップについて）
以上のように、本発明に係る分注装置Ｍは多様な使用態様を有する。
また、分注装置Ｍにおける分注チップ１（１Ｓ）について検討する。
分注チップ内には、吸引（ポンピング）の過程で液体試料中の微成分をノズル１３を通して吸引してしまう可能性がある。

そこで、液体試料中の微成分をノズル１３を通して吸引してしまうことを防止するために、フィルタを分注チップの頭部に内装させることが有効である。
しかし、図４に示すように、分注チップ２Ａの径を大きくし、大容量の液体試料の吸引及び吐出が可能としようとする場合、ノズル１３として、外径を大きくし基部１３Ａと、小少量の分注チップ２Ｓを保持できる小外径の先端部１３Ｂとを有する２段ノズル１３とし、基部１３Ａで分注チップ２Ａを保持する構成が考えられる。
しかし、これに伴って、フィルタ４の外径を大きくする必要があるとともに、不必要なデッドスペースを生じさせてしまう。

また、２段ノズル１３で、小径の分注チップと大径の分注チップとを、選択的に脱着を行う場合には、２段ノズル１３の昇降長が大きくなり、分注チップとノズル１３の高さ方向位置を制御する必要がある。また、脱着性が良好でなくなる。この脱着を図るための、追加的な脱着機構が必要となる。

これに対して、本発明に係る第２の分注チップ１は、頭部に装着部４が設けられ、その装着部４の中心部には、ノズル１３の小径部が挿入される装着孔３ｃが形成されており、ノズル１３の小径部が装着孔３ｃに挿入されて、第２の分注チップ１を保持できるのが、小外径のフィルタ４で足りるとともに、デッドスペースを生じさせることを防止できる。

要約すれば、本発明に係る、図６に概略的に図示した大容量の第２の分注チップ１によれば、図５に示す第１の小容量の分注チップ１Ｓに対して、共通にノズル１３の小径部で保持でき、フィルタ４が小さいもので足りるとともに、既存の機構をそのまま利用でき

本発明の分注装置は、各種の液体試料の分注に利用できる。

１…第２の分注チップ、１Ｓ…第１の分注チップ、２…チップ本体、３…装着部、３ｃ…装着孔、１０…吸引・吐出操作部、１３…ノズル、２０、１８０…カートリッジ、５０…分注ヘッド、Ｍ…分注装置。

Claims (5)

1. 分注ヘッドに対して保持される複数の分注チップにより、液体試料を収容する容器内の液体を吸引及び吐出を行う分注装置であって、
   先端部に複数のノズルを有し、このノズルにより前記分注チップ内への液体試料の吸引及び吐出を行う吸引・吐出操作部を有する前記分注ヘッドと、
   前記複数のノズルに着脱自在に装着される前記複数の分注チップと、を有し、
   前記複数のノズルは、前記分注チップの上部の頭部内に相対的に挿入されて前記複数の分注チップを着脱自在に保持し、前記複数のノズルにおける前記分注チップの保持個所の外径は同一とされ、
   前記分注チップは内容量が異なる複数の分注チップを有し、
   内容量が異なる小容量の第１の分注チップと大容量の第２の分注チップとは、前記ノズルに着脱自在に装着可能とされ、
   前記第２の分注チップの頭部内に装着部が設けられ、前記頭部に装着部が設けられ、その装着部の中心部には前記ノズルが挿入される装着孔が形成され、この装着孔は前記第２の分注チップの内部と連通している、
   ことを特徴とする分注装置。
2. 前記第１の分注チップは、前記装着部を備えておらず、その上部の頭部が直接、前記ノズルに着脱自在に装着されるようになっている請求項１記載の分注装置。
3. 前記分注ヘッドにおける吸引・吐出操作部は、前記ノズルを通して液体試料の吸引量及び吐出量を選択可能に構成されている請求項１記載の分注装置。
4. 分注ヘッドに対して保持される複数の分注チップにより、液体試料を収容する容器内の液体を吸引及び吐出を行う分注装置を使用して分注を行う方法であって、
   前記分注装置は、
   先端部に複数のノズルを有し、このノズルにより前記分注チップ内への液体試料の吸引及び吐出を行う吸引・吐出操作部を有する前記分注ヘッドと、
   前記複数のノズルに着脱自在に装着される前記複数の分注チップと、を有し、
   前記複数のノズルは、前記分注チップの上部の頭部内に相対的に挿入されて前記複数の分注チップを着脱自在に保持し、前記複数のノズルにおける前記分注チップの保持個所の外径は同一とされ、
   前記分注チップは内容量が異なる複数の分注チップを有し、
   内容量が異なる小容量の第１の分注チップと大容量の第２の分注チップとは、前記ノズルに着脱自在に装着可能とされ、
   前記第２の分注チップの頭部内に装着部が設けられ、前記頭部に装着部が設けられ、その装着部の中心部には前記ノズルが挿入される装着孔が形成され、この装着孔は前記第２の分注チップの内部と連通しており、
   前記容器は複数の液体試料を収容する収容部を有し、
   前記分注ヘッドを前記容器に対して相対的に昇降及び水平移動させて、前記複数の分注チップにより前記液体試料の吸引及び吐出を行う、
   ことを特徴とする分注方法。
5. 前記分注ヘッドにおける吸引・吐出操作部は、前記ノズルを通して液体試料の吸引量及び吐出量を選択可能に構成されている請求項１記載の分注装置。

Images