JP3512515B2 - 液体分注装置 - Google Patents

液体分注装置

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JP3512515B2 JP9197395A JP9197395A JP3512515B2 JP 3512515 B2 JP3512515 B2 JP 3512515B2 JP 9197395 A JP9197395 A JP 9197395A JP 9197395 A JP9197395 A JP 9197395A JP 3512515 B2 JP3512515 B2 JP 3512515B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は血液、試薬等の液体の精
密な分注を行う自動分注装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、血液その他の液状試料と試薬
を所定量分注して反応をさせ、診断用等のデータを採取
することが行われている。例えば血液検査では検査項目
が最近益々多くなってきているので、従来のように手作
業で分注作業を行っていたのでは能率が悪いので、自動
分注装置に置き換わりつつある。従来、自動分注装置で
は、図1のようにシリンダ1とピストン2よりなるポン
プにより管路3内の空気を吸引させることにより試料
(血液、試薬等)をピペットチップ4内に吸引させ、こ
れを座標状に配列してある多数の反応容器(キュベッ
ト)の上に移動させて吐出させる分注操作が行われる。
試料の吸引吐出系は分析の精度を決定するのに重要な働
きをするが、空気は圧縮性であること、ポンプからピペ
ットに至る管路に捕捉されている空気の量が大きいこと
のために、各ピペットの濡れ、表面張力、試料の粘度、
その他の抵抗の変動により、分注量が一回ごとに大きく
ばらつく問題がある。
【0003】この問題を解決するために、特開平5−2
32124号には、ポンプからピペットに至る吸引吐出
管路中の空気量をできるだけ少なくするために、空気の
大部分をほぼ非圧縮性の水に置換することが提案されて
いる。ところが、この手段によると、以下に述べる理由
で自動分注装置の初期動作中しか正確な分注動作業が行
われず、ある回数以上分注動作を行うと空気ポンプより
も精度が劣って来ることが分かった。図はこの型の自
動分注装置の概念図であり、水容器6とピペットの間を
管路5及び3で接続し、また管路5と3の間にシリンダ
1とピストン2よりなるポンプを結合し、水容器から水
をポンプのピストン2により吸引し、次いでピストン2
を押して水を管路3に送る操作を何回か行うと、やがて
ピペットから水が垂れるに至る。この時点で管路5を遮
断し、ポンブのピストン2を後退させることによりピペ
ット先端から水の先端部を後退させる。次いでピペット
にチップ4を取りつけ、ポンプのピストン2をパルスモ
ータで所定工程往復させることにより吸引と吐出を行
う。水の先端と試料の間にできる空間に捕捉される空気
は少量であるから理論的には精密な分注動作が行われる
はずである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
は管路3内に捕捉されている水に空気がトラップされる
ために単位時間あたりの頻度が高い場合には分注量の精
度が急速に低下するだけでなく、終には吸引をしなくな
ることが分かった。図3はその説明図であり、吸引吐出
を1秒のサイクルで繰り返した。スタート時点では
(a)のように水8と空気7の2部分しか無いが、2〜
3回後には(b)のようにすでに水8の中に空気7がト
ラップされ、更に10回もすると(c)のように大量の
空気がトラップされる。この段階になるともはや試料の
吸引すらできないことが分かった。もっとも、吐出吸引
のサイクルを30秒程度にすると管路3内部の水はゆっ
くりと移動して空気をトラップすることは少なくなる
が、分注作業に時間がかかることになり実用価値がほと
んど無くなる。従って、本発明の目的は自動分注装置に
おいて、分注精度を高め、しかも分注速度を大きくする
ことである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の分注装置は、支
持枠体と、前記枠体に支持された液溜めと、一端部が前
記液溜め内の液面下の位置に開口すると共に他端部が吸
引吐出用ポンプに結合された液体管と、一端部が前記液
溜め内の液面より上に開口すると共に他端部がピペット
チップを取り付け得るチップホルダに開口している空気
管とからなる分注部を備えていることを特徴とする。
【0006】
【作用】動作において、先ず準備動作としてポンプを図
2に示したようなポンプを往復運動させて吸引及び吐出
を反復させると、先ず、液体例えば水が液体管から液溜
めに流入し、液溜めを一杯にし、更に空気管に流入して
終には空気管からぼた落ちするに至る。そこで、ポンプ
を液体源から遮断し、ステップモータによりポンプのピ
ストンを後退させて液体を空気管から完全に吸い上げ、
液溜め内の液面が液体管開口部と空気管開口部の間に位
置するようにする。この関係を分注動作中の液面の変動
に拘らず維持するには、予想される種々の分注量の最大
値に対応して液溜めを充分大きく設計しておけば良い。
こうして、分注動作中、液体管の開口端は液溜めに収容
される液面よりも常に下に位置して空気を吸入しないよ
うにし、また空気管の上端は液溜めに収容される液面よ
りも常に上に位置して液体を吸引しないようにする。そ
こで、空気管の下端のノズルにピペットチップを結合
し、ステップモータにより所定の精密なポンプの往復動
作をさせると、精密な分注量の自動分注動作が行われる
ことになる。空気管の容量はわずかであるから圧縮作用
があっても微々たる影響しか無く問題にするに及ばな
い。このように、本発明は2つの管の中間に液溜めを設
けかつ、液体管と空気管の関係を規制することにより、
極めて精度の高い分注装置を提供できる。更に、この分
注装置はそのサイクル速度が高くても、空気管には液体
を捕捉せず、また液体管には空気を捕捉する可能性がな
いので、従来のような精度低下の恐れが無い。
【0007】
【実施例】以下に図面を参照して本発明の好ましい実施
例を詳しく説明する。以下の例では分注すべき液を試薬
としたが、分注すべき液を血液、その他任意の試料とす
ることができることは明らかであろう。図4は本発明に
よる特徴を有する分注部を備えた自動分注装置の全体を
示す斜視図である。図において、自動分注装置はステー
ジ12と支持フレーム15を含む装置フレームを有す
る。ステージ12には試料ホルダ11が搭載され、血液
等の試料容器13をXY座標状に多数配列して支持して
いる。またステージ12には試薬容器9、ピペットチッ
プ箱14、チップ廃棄箱10が搭載されている。支持フ
レーム15には分注部16をXYZ方向に移動させるた
めの割出し機構が設けてある。X、Y、Z方向を図示の
方向と仮定すると、X方向は支持フレーム15に支持さ
れたX方向移動台17、X方向移動台に支持されたY方
向移動台(図示せず)、及びY方向移動台に支持された
Z方向移動台18よりなる。これらは周知であるので詳
細は先に引用した文献を参照されたい。19は液体管で
あり、分注部16から延びてポンプ20に接続されてい
る。ポンプ20は初期動作時には図示しない液体源(典
型的には水供給源)から液体を吸引して分注部16に送
り、分注動作時には液体源を遮断し、ピストン21をス
テップモータ(図示せず)から駆動することにより精密
な量の水を後述の液溜めから繰り返して吸引し、また液
溜めに吐出する。こうして精密な量の液体が往復運動す
ることになる。なお22はディスプレイと操作キーを有
する制御盤でありマイクロコンピュータを使用して所定
の分注動作の制御と実行を行う。
【0008】次に図5を参照して本発明の特徴部分であ
る分注部16を詳細に説明する。Z方向移動台18に支
持された支持棒23には、支持ブロック24が固定さ
れ、、この支持ブロック24には垂直に摺動自在の連結
板26により圧力センサ36のためのホルダ38及びピ
ペットチップ35のためのチップホルダ27を一体化し
たブロック25が連結されている。ブロック24には更
に垂直円筒孔が形成され、その中に内孔を有する円筒体
28が摺動自在に保持されている。円筒体28の下端は
ブロック25の凹所にねじ結合され、ブロック24と2
5の間に挿入された圧縮バネ37によりブロック25と
円筒体28はブロック24から遠ざかる方向に常時偏倚
されている。これは自動的にチップ35を装着する際の
衝撃を吸収するためである。ブロック25及びチップホ
ルダ27を貫いて円筒体28の内孔と整列する内孔が形
成され、また、圧力センサ36の圧力検出通路はブロッ
ク25の内孔に通じている。円筒体28の上端には液溜
め30を形成するカップ状凹所を有する下溜め部材32
がねじ結合されており、その中心には円筒体の内孔と整
列する開口が形成され、チップホルダ27、ブロック2
5、円筒体28の各内孔とこの開口を空気管29が貫通
している。空気管29はこの開口の周りにOリングを配
置し、円筒体28を下溜め部材3に対してねじ込むこ
とにより気密的に固定される。更に、下溜め部材32の
上には、液溜め30を形成するカップ状凹所を有する上
溜め部材31が配置され、その下方に突出する円筒状外
径部が、下溜め部材32のカップ状凹所に気密嵌合して
いる。上溜め部材31の上部には液体管19の下端部を
気密的に取りつけるための止めねじ33がねじ結合され
ている。液体管19の下端部は上溜め部材31の開口を
貫通して両部材31、32の間に形成された液溜め30
内に延長している。液体管19は上溜め部材31の開口
に設けたOリングを止めねじ33により締め付けること
により気密的に固定される。
【0009】次に上記液体分注装置の動作を説明する。
まず図示しないポンプより液体(通常は蒸留水)を液体
管19から導入すると、図5のように、上下溜め部材3
1、32の間に形成された液溜め30に液体が導入さ
れ、次いで図6のように空気管29を満たす。空気管2
9の下端なら液体が滴下するようになったら、ポンプか
ら液体源を遮断し、次にステップモータにより所定量だ
け液体を吸引して空気管29から液体を完全に引出し図
7の状態にする。なお、図6の状熊を経ないで直接図7
の状態にしても良いが、図5〜6の順の方が操作が簡単
である。なぜなら、液体源からの液体を直接計量するこ
とが困難だからである。図7の状熊では、液溜め30内
の液体の液面34が空気管2の上端開口と液体管19
の下端開口との間にある。この関係は分注動作中に液面
34が変動しても保たれるように、図6から図7に至る
吸引動作を制御する必要がある。
【0010】次に分注動作を説明すると、まず図7の状
態で図4に関して説明したようにチップホルダ27をX
YZ方向に移動して所望のピペットチップ35をホルダ
27の先端にはめる。ピペットチップ35を嵌合する場
合の衝撃はバネ37により吸収することができる。この
状態で、チップ35をホルダ27と共に特定の試薬容器
の上に移動させ、次いでステップモータによりポンプ
を駆動して試薬容器から試薬をチップ内に吸入する。
この時チップ35の内部は空気管2の外周とホルダ2
7の内孔との間の隙間を経て圧力センサ36に接続され
るので、この圧力変動を検知して試薬吸入位置等を制御
することができる。試薬を吸入した時に液溜め30内の
液面34は低下する。次いで、チップ35をホルダ27
と共に特定の試料容器13の上に移動させ、ステップモ
ータによりポンプを駆動して試薬をチップ35から試料
容器13内に吐出させる。この時液溜め30内の液面3
4は上昇して図5の状態に戻る。
【0011】以上から分かるように、分注動作中には空
気管29内には液体は侵入しないし、液体管19には空
気は侵入しないので、ステップモータで定まる吸入量に
対応した正確な分量が常時確保できる。空気管29の
容積はわずかであるから空気の圧縮性の影響はほとんど
無視できる。なお、機械加工の都合上、液溜め30を円
筒体28の上部に設けたが、円筒体28の下部に設けて
も良く、これにより精度の一層の向上が期待できる。
【0012】
【効果】以上のように、本発明は液体管と空気管の連絡
部に液溜めを設け、かつ、液体管と空気管の関係を規制
することにより、極めて精度の高い分注装置を提供でき
る。更に、この分注装置はそのサイクル速度が高くて
も、空気管には液体を捕捉ぜず、また液体管には空気を
捕捉する可能性がないので、従来のような精度低下の恐
れが無い。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の空気駆動式の液体分注装置の概念図であ
る。
【図2】従来の液体駆動式の液体分注装置の概念図であ
る。
【図3】従来の液体駆動式の液体分注装置の空気トラッ
プ現象を説明する概念図である。
【図4】本発明の液体分注部を備えた液体分注装置の全
体斜視図である。
【図5】本発明の液体分注部の詳細な断面図である。
【図6】本発明の装置の準備段階の操作を示す断面図で
ある。
【図7】本発明の装置の分注動作中の状態を示す断面図
である。
【符号の説明】
9:試薬容器 10:チップ廃棄箱 11:試料ホルダ 12:ステージ 13:試料容器 14:ピペットチップ箱 15:支持フレーム 16:分注部 17:X方向駆動装置 18:Z方向駆動装置 19:液体管 20:ポンプ 21:ピストン 22:制御盤 23:支持棒 24:支持ブロック 25:ブロック 26:連結部材 27:チップホルダ 28:円筒体 29:空気管 30:液溜め 31:溜め部材 32:溜め部材 33:止めねじ 34:液面 35:ピペットチップ 36:圧力センサ 37:スプリング 38:圧力センサ支持部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−256858(JP,A) 特開 平5−293391(JP,A) 特開 平5−99935(JP,A) 特開 平6−341999(JP,A) 特開 平7−110334(JP,A) 特開 昭60−86440(JP,A) 実開 昭64−5145(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 1/00 - 1/44 G01N 35/00 - 35/10 JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 支持枠体と、前記枠体に支持された気密
    液溜めと、一端部が前記液溜めの液面下に開口すると
    共に他端部が吸引吐出用ポンプに結合できる液体管と、
    一端部が前記液溜めの液面上に開口すると共に他端部が
    ピペットチップを取り付け得るチップホルダに開口して
    いる空気管と、からなる分注部を有することを特徴とす
    る液体分注装置。
  2. 【請求項2】 液溜めはカップ状の凹所を有する2つの
    部材を気密的に相互嵌合させることにより形成されてい
    る請求項1の液体分注装置。
  3. 【請求項3】 支持枠体は3次元駆動手段により支持さ
    れている請求項1または2の液体分注装置。
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