JP3151924B2 - 分析装置の自動分注装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動生化学分析装置など
の分析装置において、試料等（試料と試薬を総称して試
料等という）を反応容器に分注する自動分注装置に関
し、特にコンタミネーションを嫌ってピペットの先端に
使い捨てチップを装着して分注動作を行なう自動分注装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動分注装置では試料等を吸引し吐出す
るピペットとともに、ピペットが液面に接触したことを
検出する液面センサが備えられている。液面センサでピ
ペット先端が液面に到達したことを検出し、その後所定
の深さまでピペットを試料等に浸漬した後、試料の吸引
を行なっている。液面センサとしてはセンサ用電極が液
面と接触して検出する方式のものと非接触で液面を検出
する方式のものが使用されている。液面と接触する方式
のものとしてはピペットとセンサ用電極との間で導電率
を測定するもの、電気容量を測定するもの、温度計とヒ
ータを有し冷却効果から判定するものなどが実施又は考
案されている。非接触で液面を検出する方式のものとし
てはピペットとポンプの中間に圧力検出手段を設け、ピ
ペットから空気を吐出又は吸引し、ピペットが空気中に
ある状態と液面に接触した状態との圧力変化から液面検
出を行なっている（特開平２−１９６９６４号公報、特
開平２−２４３９６０号公報などを参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】液面センサが試料等の
液面と接触する方式の液面センサは、極微量のコンタミ
ネーションをも問題とする用途には使用できない。非接
触で液面を検出する方式ではピペットからの空気の吐出
や吸引は試料等の吸引や吐出のためのポンプ、一般には
プランジャーポンプ、を使用しているので、正確に液面
を検出しようとすれば液面検出と同時にプランジャーを
動作させる必要があるが、液面検出時におけるプランジ
ャーの位置を制御することができないため、試料等の吸
引及び吐出に制限が設けられることとなり、動作が複雑
となるか又は所要時間が増大する問題が生じる。

【０００４】また、上記の非接触の方式は、分注動作の
モニタにも使用は可能であるが、それ以外の、例えばチ
ップの微妙な嵌め合い状態の確認、注入液量のモニタ、
試料等の撹拌、液滴の処理、チップ嵌め合いの強化など
といった機能を実現することはできない。そこで、本発
明はピペットの先端にチップを装着して試料等の吸引と
吐出を行なう自動分注装置において、チップ以外の部分
を試料等に接触させることなく液面を正確に検知すると
ともに、他の機能も備えた自動分注装置を提供すること
を目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】図１は本発明を示す。試
料等の吸引と吐出を行なうピペット２の先端に使い捨て
チップ４が装着され、そのチップ４が試料等に浸されて
試料等が吸引され、反応容器へ移動して試料等が反応容
器に吐出される。ピペット２にはピペット２を振動させ
る振動発生手段６とピペット２の振動を検出する振動検
出手段８が設けられ、検出された振動の周波数とその振
動強度とからチップ４が試料等の液面に接触したことを
少なくとも検知する判定手段１０が設けられている。判
定手段１０はチップ４の有無を検出するチップ有無検出
部１２、チップ４の嵌め合い状態をモニタするチップ嵌
め合い状態検出部１４、試料等の液面を検出する液面検
出部１６、チップ４が液面に浸漬された深さを検出する
浸漬深さ検出部１８などを備えている。

【０００６】

【作用】本発明の動作を説明するために、図２に示され
るようにピペット２をバイス２０で固定し、ピペット２
の×印の位置を振動発生手段としてのインパルスハンマ
ー２２で叩き、ピペット２の先端部でチップ４を嵌め込
む部分に近い図中の〇印の位置ａに振動検出手段として
のピックアップセンサを配して振動を検出し、その振動
スペクトルを測定した。試料等の代わりに容器に入れた
水２４を用いた。

【０００７】図３はインパルスハンマー２２が発生する
振動の信号スペクトルである。横軸は対数表示された周
波数、縦軸は振動強度である。図４から図９では縦軸は
検出振動強度を図３のインパルスハンマーによる振動強
度で割った相対値、すなわち伝達関数で表わされてい
る。

【０００８】ピペット２にチップ４が装着されていない
ときのピックアップセンサの出力は図４に示されるよう
になる。チップ４が正しく装着されたときは、そのピッ
クアップセンサの出力は図５に示されるようになる。図
４のスペクトルと図５のスペクトルを比較すると、チッ
プ４が装着されていなかったときに出ていた２３２Ｈｚ
のピーク信号はチップ４が正しく装着されることによっ
て２０５Ｈｚにシフトしているのがわかる。したがっ
て、チップ有無検出部１２はこの２０５Ｈｚの信号が所
定のレベル以上になったことを検出することによりチッ
プ４が正しく装着されていると判定する。また、チップ
４がピペット２に装着されていない状態でピペット２に
振動を与えながらチップ４を装着することにより、振動
周波数及び振動強度の変化によってピペット２に対する
チップ４の有無をモニタすることができる。

【０００９】チップ４が装着されているが、正しく装着
されておらず、ぐらぐら動くような不良状態で装着され
ているときの振動スペクトルは図６に示されるものとな
る。図６のスペクトルを図５の正しくチップ４が装着さ
れたときのスペクトルと比較すると、正しく装着されて
いないときには１４５Ｈｚの下向きのピークが観測され
る。したがって、チップ嵌め合い状態検出部１４はこの
１４５Ｈｚの信号が所定のレベル以下になったことを検
出することにより、チップ４が正しく装着されていない
ことを判定する。また、振動発生手段からある一定量の
振動を与え、ピペット２にチップ４が装着されていない
状態での振動周波数及び振動強度と、チップ４が装着さ
れた状態での振動周波数及び振動強度とからチップの嵌
め合い状態をモニタすることができる。さらに、ある時
間経過後の振動周波数及び振動強度と比較することによ
りチップの嵌め合い状態が変化していないかどうかをモ
ニタすることができる。

【００１０】チップ４が装着されたピペットが空中に保
持されているときの振動スペクトルは図７に示されるも
のである（ただし、図５とはインパルスハンマーの種類
とインパルスハンマーでたたく位置が異なっているの
で、波形が多少異なっている）。それに対し、チップの
先端が３ｍｍだけ試料等（この場合は水）に浸漬したと
きの振動スペクトルは図８に示されるものであり、チッ
プの先端が１０ｍｍだけ試料等に浸漬したときの振動ス
ペクトルは図９に示されるものである。図７、図８、図
９を比較すると、チップ４が試料等に浸漬されていくに
連れて７６０Ｈｚに出ていた下向きのピークが７２０Ｈ
ｚ、６３０Ｈｚというように低周波数側にシフトしてい
くことがわかる。そのため振動発生手段６からある一定
量の振動を与え、チップ４が装着されている状態での振
動周波数及び振動強度をモニタしながらチップ４を試料
等に近づけていき、チップ４が液面に接触した瞬間の振
動周波数と振動強度の変化から液面検出部１６により試
料等の液面を検知することができる。浸漬深さ検出部１
４はこの空気中での７６０Ｈｚの下向きのピークがいく
らにシフトしたかを検出することにより、試料等へのチ
ップ４の浸漬深さを検知する。

【００１１】振動発生手段６からある一定量の振動を与
え、試料等が吸入されていないチップ４が装着されてい
る状態での振動周波数及び振動強度と、試料等が注入さ
れたときの振動周波数及び振動強度から試料等の吸入量
を検出することができる。振動発生手段６からある一定
量の振動を与えた状態でピペット２に挿入されたチップ
４又はピペット２そのものを、試料等の容器又は試料等
に接触させることにより試料等の撹拌を行なうことがで
きる。

【００１２】試料等を吸入又は吐出した後、チップ４の
先端にできる液滴を振動発生手段６からある決められた
振動周波数である一定の振動強度を与えて液滴を振り落
すことにより、分注精度を向上させることができ、ま
た、チップ４に試料等を吸入した状態でピペット２を移
動している最中に試料等の液滴が飛散するのを抑えるこ
ともできる。ピペット２に振動を与えながらチップ４を
装着したり脱着したりして、ピペット２とチップ４の間
に生じる摩擦係数を減少させることにより、ピペット２
に対するチップ４の嵌め合いを強固にすることができ
る。

【００１３】

【実施例】図１０は一実施例を表わす。ピペット２上で
チップ４を装着する側に近い部分にピペット２に振動を
発生させるインパルサー３０を取りつけ、ピペット２に
はまたチップ４に近い部分に振動を検出するピックアッ
プ３２を取りつける。インパルサー３０とピックアップ
３２は例えば圧電素子により実現することができる。ピ
ックアップ３２の検出信号を増幅するために増幅器３４
が設けられ、チップ４の有無を検出するための振動周波
数、チップ嵌め合い状態が不良であることを検出するた
めの振動周波数、液面を検出するための振動周波数、チ
ップの浸漬深さをモニタするための振動周波数などにそ
れぞれ設定されたバンドパスフィルタ３６ａ，３６ｂ，
３６ｃ，……が設けられ、各バンドパスフィルタ３６
ａ，３６ｂ，３６ｃ，……には交流信号を直流信号に変
える整流器などのＡＣ−ＤＣ変換器３８ａ，３８ｂ，３
８ｃ，……が接続されている。ＡＣ−ＤＣ変換器３８
ａ，３８ｂ，３８ｃ，……からの直流信号をデジタル信
号に変換してコンピュータに取り込むためにＡＤコンバ
ータ４０が設けられている。コンピュータはそれぞれの
周波数での信号からチップ有無検出、嵌め合い状態検
出、液面検出その他の機能を実現する。インパルサー３
０とピックアップ３２を単一の素子で実現するようにし
てもよい。本発明は実施例で説明したすべての機能を達
成するように構成されたものに限らず、少なくとも液面
検出を行ない、それ以外に幾つかの機能を実現するよう
に構成されたものであればよい。

【００１４】

【発明の効果】本発明ではピペットに取りつけられた振
動発生手段と振動検出手段という簡単な構成要素によ
り、自動分注作業に必要な検出信号が得られ、その信号
を元にして液面検出の他にも幾つかの機能を果たすこと
ができる。そのため構成が簡単な自動分注装置を実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を示す概略図である。

【図２】本発明の動作を説明するための概略正面図であ
る。

【図３】インパルスハンマーによる振動を示す波形図で
ある。

【図４】ピペットにチップが装着されていないときのピ
ックアップによる検出信号を示す波形図である。

【図５】ピペットにチップが正しく装着されているとき
のピックアップによる検出信号を示す波形図である。

【図６】ピペットにチップが正しく装着されていないと
きのピックアップによる検出信号を示す波形図である。

【図７】ピペットに装着されたチップが空中に保持され
ているときのピックアップによる検出信号を示す波形図
である。図５とはインパルスハンマー

【図８】ピペットに装着されたチップが先端から３ｍｍ
まで水に浸漬されているときのピックアップによる検出
信号を示す波形図である。

【図９】ピペットに装着されたチップが先端から１０ｍ
ｍまで水に浸漬されているときのピックアップによる検
出信号を示す波形図である。

【図１０】一実施例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

２ ピペット ４ チップ ６ 振動発生手段 ８ 検出手段 １０ 判定手段 １２ チップ有無検出部 １４ チップ嵌め合い状態検出部 １６ 液面検出部 １８ 浸漬深さ検出部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料等の吸引と吐出を行なうピペット
   の先端に使い捨てチップを装着し、そのチップを試料等
   に浸して試料等を吸引し、反応容器へ移動して試料等を
   吐出する自動分注装置において、ピペットに設けられて
   ピペットを振動させる振動発生手段と、ピペットに設け
   られてピペットの振動を検出する振動検出手段と、検出
   された振動の周波数とその振動強度とから前記チップが
   試料等の液面に接触したことを検知するとともに、チッ
   プの有無とチップはめ合い状態の少なくともいずれかも
   検知する判定手段とを備えたことを特徴とする自動分注
   装置。
2. 【請求項２】 前記振動発生手段は前記振動検出手段を
   兼ねている請求項１に記載の自動分注装置。