JP3740417B2

JP3740417B2 - 分注装置

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Publication number: JP3740417B2
Application number: JP2001397591A
Authority: JP
Inventors: 英輝柴田; 三七庄司; 望高坂
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: JP2003194836A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は分注装置に関し、特にディスポーザブルチップを利用して試薬の吸引及び吐出を行う分注装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
試薬処理装置は、試薬を用いてサンプル（例えば、人体又は動物から採取された血液や尿など）を処理する装置である。このため、試薬処理装置には試薬分注を行うための分注装置が組み込まれる。なお、分注装置は酵素免疫反応測定システムなどの様々なシステムに搭載される他、それ単独の装置としても用いられる。
【０００３】
試薬処理装置において、試薬はノズルによって吸引され、また吐出されるが、コンタミネーションを防止するため、ディスポーザブルチップ（ノズルチップ）が用いられる。すなわち、ノズル基部とそれに着脱自在に装着されるノズルチップとで構成されるノズルを用いて試薬の分注がなされる。なお、単位時間当たりの処理を向上するため、多連ノズルが用いられる場合もある。
【０００４】
従来、試薬処理装置においては、装置テーブル上に試薬容器の載置場所が固定的に設定され、同様に、チップラックの載置場所が固定的に設定されている。分注の進行に伴って、試薬容器の交換や試薬の補充、及び、チップラックの交換やノズルチップの補充が必要となる。そこで、通常は、それらの交換に備えて、装置テーブル上に、複数の同じ試薬容器をセットすることが可能であり、また複数のチップラックをセットすることが可能であるようにする。つまり、一方の試薬容器を使用している場合に他方の試薬容器を交換できるようにし、また、一方のチップラックを使用している場合に他方の試薬容器を交換できるようにしたものである。
【０００５】
しかしながら、従来装置において、試薬容器の交換とチップラックの交換は別々の場所において別々の作業として行われており、しかも装置内部でそれらの交換を行わなければならないために、その作業が極めて煩雑であるという問題がある。また、試薬容器の設置箇所とチップラックの設置箇所とが装置テーブル上において別々の所に独立して設定されているために、広いスペースを占有するという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、分注装置において、試薬の補充や試薬容器の交換などのメンテナンス時における作業性を向上することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、分注装置において各部材を合理的に配設できるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明は、ノズル基部を搬送する搬送機構と、前記ノズル基部とノズルチップとからなるノズルによって吸引される液体を収容した少なくとも１つの液体容器、及び、前記ノズル基部に装着される少なくとも１つの未使用ノズルチップの両方を搭載した複合ラックと、前記複合ラックが着脱自在にセットされるステージと、を含み、更に後述する特徴事項を含むことを特徴とする。
【０００９】
複合ラックは、容器ラックとチップラックとを一体化させたものである。よって、複合ラック単位での交換及び取り扱いを実現でき、液体容器への試薬の補充などのメンテナンス時の作業性を向上できる。また、試薬容器とノズルチップのステージを共用できるので、部品点数を削減できる。更に、必要に応じて、ステージを移動させれば、試薬容器と未使用ノズルを一体的に搬送できる。
【００１０】
望ましくは、前記複合ラックがセットされたステージをスライド運動させるスライド機構を含む。
【００１１】
望ましくは、前記スライド機構は、前記ステージをスライド運動させて未使用ノズルチップを装着位置に位置決めする。
【００１２】
望ましくは、前記スライド機構は、前記ステージをスライド運動させて液体容器を吸引位置に位置決めする。
【００１３】
本発明において、前記搬送機構は、吐出エリアと装着／吸引エリアの間においてＸ方向に前記ノズル基部を搬送し、前記スライド機構は、前記装着／吸引エリアにおいて前記Ｘ方向と直交するＹ方向に前記ステージをスライド運動させ、前記装着／吸引エリアにおいて、前記ノズル基部へのノズルチップの装着及び前記ノズルによる液体の吸引がなされる。この構成によれば、搬送機構とスライド機構の協働によって、チップ装着及び液体吸引のための的確な位置決めを行える。
【００１４】
（２）望ましくは、ノズル基部をＸ方向に搬送する搬送機構と、前記ノズル基部とノズルチップとからなるノズルによって吸引される液体を収容した複数の液体容器を保持した液体容器ラック、及び、複数の未使用ノズルチップを保持したチップラックを有する複合ラックと、前記複合ラックが着脱自在にセットされるステージと、前記ステージを前記Ｘ方向に直交するＹ方向にスライド運動させるスライド機構と、を含む。
【００１５】
上記構成によれば、Ｘ方向におけるノズル（あるいはノズル基部）の搬送及びＹ方向における複合ラックのスライド運動により、ノズル基部と未使用ノズルチップとを的確に位置決めでき、また、ノズルと液体容器とを的確に位置決めできる。
【００１６】
望ましくは、前記複合ラックを構成する前記液体容器ラック及び前記チップラックが前記Ｘ方向に整列している。搬送機構がノズル基部をＹ方向に搬送しない上記条件の下では複合ラックがセットされたステージのＹ方向の移動距離を少なくできる。
【００１７】
望ましくは、前記複合ラックは、前記液体容器ラックが前記チップラックよりも吐出エリアに近い側に設定されたものである。同じ液体を繰り返し吸引する場合にはチップ交換は不要であり、液体吸引の工程数よりもチップ交換の工程数の方が一般に少ない。したがって、上記構成を採用すればノズルのトータルの移動距離を少なくすることができる。
【００１８】
（３）望ましくは、Ｙ方向に整列した複数のノズル基部と各ノズル基部に装着された複数のノズルチップとからなるノズル列と、前記複数のノズル基部を前記Ｙ方向と直交するＸ方向に搬送する搬送機構と、前記ノズル列によって吸引される液体を収容した液体容器群、及び、複数のノズル基部に装着される未使用ノズルチップ群の両方を搭載した少なくとも１つの複合ラックと、を含み、前記液体容器群を構成する複数の液体容器は前記Ｘ方向に整列し、各液体容器は前記Ｙ方向に伸長した形態を有し、各液体容器の上部開口の前記Ｙ方向の幅が前記ノズル列の前記Ｙ方向の幅よりも長く、前記未使用ノズルチップ群における前記Ｙ方向のピッチが前記複数のノズル基部の前記Ｙ方向のピッチと同一である。
【００１９】
上記構成によれば、複合ラック上において、試料容器の形状をノズル列に対応させることができる。また、ノズルチップ群の配列を複数のノズル基部に対応させることができる。
【００２０】
望ましくは、前記複合ラックにおいて前記液体容器群と前記未使用ノズルチップ群とが前記Ｘ方向に整列して搭載される。
【００２１】
望ましくは、前記複合ラックがセットされる複数のステージであって、前記Ｙ方向に整列する複数のステージと、前記各ステージを前記Ｙ方向にスライド運動させるスライド機構と、を含む。この構成によれば、複数のステージのそれぞれに複合ラックをセットでき、それらの複合ラックを交代使用することができる。
【００２２】
本発明においては、前記複合ラックがセットされる２つのステージであって、Ｙ方向に整列する第１及び第２ステージと、前記第１及び第２ステージを前記Ｙ方向にスライド運動させるスライド機構と、を含み、前記スライド機構は、前記第２ステージが装着／吸引エリアにある場合には前記第１ステージが第１退避エリアにあり、前記第１ステージが装着／吸引エリアにある場合には前記第２ステージが第２退避エリアにあるようにする。この構成によれば、第１及び第２複合ラックを交換使用することができ、特に液体容器への試薬の補充などのメンテナンスにおいて装置動作を継続させることができ、装置による処理効率が向上する。
【００２３】
望ましくは、前記スライド機構は、前記装着／吸引エリアにある複合ラックが液体不足又はチップ不足の状態となった場合に、それを前記第１及び第２退避エリアの一方に退避させ、それと同時に又はその後に、前記第１及び第２退避エリアの他方から満載状態にある複合ラックを前記装着／吸引エリアに送り込む。この構成によれば、ホストコントローラにおいて、チップ不足あるいは液体不足の判定がなされると、その判定に従って、満載状態にある複合ラックを自動的に装着／交換エリアに送り込める。
【００２４】
望ましくは、前記複合ラックには、前記未使用ノズルチップ群を保持するチップ孔アレイが形成され、前記チップ孔アレイは、前記ノズル列を構成するノズルの個数ｎに前記試薬容器群を構成する試薬容器の個数ｍを乗じた値ｎ×ｍと、前記ノズル列を構成するノズルの個数ｎに１以上の整数ｋを乗じた値ｎ×ｋと、を加算したｎ（ｍ＋ｋ）個のチップ孔によって構成される。
【００２５】
上記構成によれば、試薬容器の個数に対応した最低限必要な個数分のノズルチップと、エラー対処用の予備個数分のノズルチップとを用意しておくことができる。
【００２６】
望ましくは、前記チップ孔アレイは、前記Ｙ方向に整列する複数のサブアレイによって構成され、前記各サブアレイは、前記Ｙ方向に整列した前記ノズル列を構成するノズルの個数分のチップ孔からなるチップ孔列がＸ方向に整列したものである。
【００２７】
なお、本発明に係る分注装置は、それ単独で構成することもできるし、他のシステムに組み込むこともできるが、特に、以下に説明するように酵素免疫反応測定システム（抗原抗体反応測定システム）に組み込むことができる（図３の分注機構４４，６４及びステージ送り機構４６，６６並びに図８の複合ラック１１６などを参照）。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１には、本発明に係る酵素免疫反応測定システムの全体的な構成が斜視図として示されている。この酵素免疫反応測定システムは、人体や動物などから採取された血液や尿などのサンプルに対して抗原抗体反応測定を行うシステムであり、特に、大量のサンプルを処理できるシステムである。
【００３０】
図１に示されるように、本実施形態に係る酵素免疫反応測定システムは、前処理ユニット（開始分注ユニット）１０、第１反応処理ユニット１２、第２反応処理ユニット１４、第３反応処理ユニット１６、呈色反応処理ユニット１８及び測定処理ユニット２０を有している。前処理ユニット１０を上流側として、そこから下流側にかけて複数の処理工程が実行され、各処理工程ごとにユニットが設けられている。ちなみに、Ｙ方向は後述するアッセイプレート（マイクロプレート）が流される搬送ライン方向であり、それに直交する水平方向としてＸ方向が定義されている。各ユニットにおいては、装置の前面側から、試薬容器の交換や試薬の補充などのようなメンテナンス作業がなされる。ちなみにＺ方向は垂直方向である。なお、前処理ユニット１０においては、必要に応じて、その裏面側から、そのようなメンテナンス作業を行うこともできる。
【００３１】
図１には示されていないが、図示される各種のユニットの他、本実施形態においては、最後のユニットとして排出スタッカが設けられており、一連の処理工程を経た後のアッセイプレートがその排出スタッカに積み上げ収納される。また、各ユニット１０〜２０は、図示されていない制御部によって制御されており、その制御部としては例えばコンピュータなどを用いることができる。そのようなコンピュータは各ユニットとは別体に設けられ、あるいはいずれかのユニット内に設けられる。
【００３２】
図１に示すシステム構成は一例であって、酵素免疫反応測定を構成する各処理工程の内容に応じて様々なシステム構成を採用することができる。
【００３３】
図２には、本実施形態に係る酵素免疫反応測定に含まれる一連の工程がフローチャートとして示されている。ちなみに、符号１０Ａは、図１に示した前処理ユニット１０が担当する工程を示しており、符号１２Ａは、図１に示した第１反応処理ユニット１２が担当する工程を示しており、符号１４Ａは、図１に示した第２反応処理ユニット１４が担当する工程を示しており、符号１６Ａは、図１に示した第３反応処理ユニット１６が担当する工程を示しており、符号１８Ａは、図１に示した呈色反応処理ユニット１８が担当する工程を示しており、符号２０Ａは、図１に示した測定処理ユニット２０が担当する工程を示している。また、符号２２Ａは、上記の排出スタッカにおける動作を示している。
【００３４】
図２において、まずＳ１０１においては、アッセイプレートに対して具体的には、アッセイプレートに形成された各ウエルに対して、サンプルが分注される。本実施形態においては、アッセイプレートにおける各ウエルの底面にあらかじめ試薬の固相が形成されており、各ウエルに対してサンプルを分注すると、その分注タイミングをもって試薬反応が開始される。よって、ここで実行される前処理は反応開始分注に相当する。ちなみに、分注される各サンプル（元検体）は、ユーザーによってセットされるマイクロプレートの各ウエル内に収容されている。つまり、そのようなマイクロプレートの各ウエルからサンプルが吸引され、その吸引されたサンプルがアッセイプレートの１又は複数のウエルに吐出される（コピー分注）。全てのウエルに対するサンプルの分注がなされたアッセイプレートは、前処理ユニット１０から後続する各ユニットへ段階的に流される。なお、このＳ１０１の工程を先頭の第１反応処理ユニット１２において実行させることも可能である。
【００３５】
Ｓ１０２〜Ｓ１０４の各工程は、第１反応処理ユニット１２において実行される。攪拌処理Ｓ１０２は、攪拌装置にアッセイプレートをセットし、そのアッセイプレート自体を周期的に水平運動させることにより、各ウエル内におけるサンプル及び試薬を攪拌するものである。インキュベーション処理Ｓ１０３は、インキュベータ内にアッセイプレートを搬送、収容し、例えばその状態で所定温度まで加温して所定時間放置することにより試薬反応を促進する処理である。洗浄処理１０４は、アッセイプレートの各ウエルについて洗浄液を利用して洗浄を行うものであり、これによって試薬などが含まれた残液が洗い流される。
【００３６】
Ｓ１０５〜Ｓ１０８は、第２反応処理ユニット１４によって実行されるものである。それらの各工程Ｓ１０５〜Ｓ１０８と上述した第１反応処理ユニット１２における各工程Ｓ１０２〜Ｓ１０４とを対比すると、大きく違うのは、第２反応処理ユニット１４においては分注処理Ｓ１０５が含まれているということである。それ以外の各工程については、第１反応処理ユニット１２における各工程と基本的に同一であるが、試薬については基本的に各反応工程ごとに異なるものが利用され、また攪拌やインキュベーション処理などについてもそれぞれの工程ごとに定められた条件の下でその内容が実行されている。
【００３７】
Ｓ１０９〜Ｓ１１２の各工程は、第３反応処理ユニット１６によって実施されるものである。それらの各工程は第２反応処理ユニット１４における各工程Ｓ１０５〜Ｓ１０８に相当している。ただし、上述のように試薬については別のものが利用され、また、各種の処理条件についてはそれぞれ固有のものが設定されている。
【００３８】
Ｓ１１３〜Ｓ１１５の各工程は、呈色反応処理ユニット１８によって実施されるものである。Ｓ１１３の分注処理では、アッセイプレートの各ウエル内に呈色反応を行うための呈色反応試薬が分注される。攪拌処理Ｓ１１４及びインキュべーション処理Ｓ１１５については、それぞれのユニット１２，１４，１６において実施されたものと同様である。ただし、この呈色反応処理ユニット１８においては、洗浄処理は設けられていない。これは呈色反応結果をそのまま維持・保存するためである。
【００３９】
Ｓ１１６〜Ｓ１１８の各工程は、測定処理ユニット２０によって実施されるものである。ここで、分注処理Ｓ１１６は、アッセイプレートの各ウエル内に反応停止試薬を分注するものである。攪拌処理Ｓ１１７は、各ユニット１２，１４、１６、１８において実施されたものと同様である。比色（測定）処理Ｓ１１８は、呈色反応結果を光学的に測定する工程であり、これによって抗体抗原反応の結果を観察することが可能となる。この測定処理ユニット２０においては、洗浄処理は実施されない。
【００４０】
Ｓ１１９においては、排出スタッカに測定終了後の各アッセイプレートが積み上げられる。そして一連の処理が完了する。
【００４１】
ところで、従来システムにおいては、上述した各反応処理と同様の内容の処理が共通の処理装置によって実施されていた。すなわち、各反応処理工程において、分注処理は同一の分注装置によって実施され、このことは、攪拌処理、インキュベーション処理及び洗浄処理についても同様であった。これに対し、本実施形態のシステムにおいては、それぞれの反応処理工程において、それぞれの処理単位が専属の装置によって実施されており、各反応処理工程間において装置の競合は生じない。その結果、大量のサンプルを極めて効率的かつ迅速に処理することが可能となる。
【００４２】
次に、図３を用いて、図２に示した酵素免疫反応測定を構成する各工程を遂行する装置について説明する。
【００４３】
前処理ユニット１０は、プレート送り機構３０、分注機構３２、ステージ送り機構３４、プレート要素検出器３６、搬送ライン３８などを有している。それらについては後に図４〜図６などを用いて説明する。
【００４４】
第２及び第３反応処理ユニット１４，１６は、搬送ライン４０、第１ハンドリング機構４２、分注機構４４、ステージ送り機構４６、第２ハンドリング機構４８、攪拌機構５０、インキュベータ５２、第３ハンドリング機構５６、洗浄機構５８などを有している。ちなみに、第１反応処理ユニット１２は、それらの構成の内で、第１ハンドリング機構４２、分注機構４４及びステージ送り機構４６を除外したものに相当する。また、呈色反応処理ユニット１８は、それらの構成の内で、第３ハンドリング機構５６及び洗浄機構５８を除外したものに相当する。第２及び第３反応処理ユニット１４，１６の詳細な構成については、後に図７〜図１４などを用いて説明する。
【００４５】
測定処理ユニット２０は、搬送ライン６０、第１ハンドリング機構６２、分注機構６４、ステージ送り機構６６、第４ハンドリング機構６８、測定器７０などを有している。ここで、第１ハンドリング機構６２、分注機構６４及びステージ送り機構６６は、第２及び第３反応処理ユニット１４，１６における第１ハンドリング機構４２、分注機構４４及びステージ送り機構４６に相当するものである。第４ハンドリング機構６８は、光学的な測定を行う測定器７０に対してアッセイプレートを搬送するための機構であり、第２ハンドリング機構４８に類似した機構である。排出スタッカ２２は、上述したように各処理工程を経たアッセイプレートを積み上げる装置である。
【００４６】
ホストコントローラ２４は、例えばコンピュータなどによって構成され、そのホストコントローラ２４には入力器２６及び表示器２８が接続されている。ここで、入力器２６を用いてユーザーはホストコントローラ２４に対して各種の条件やデータを入力することができる。もちろん、外部のコンピュータからネットワークを介してそのようなデータをホストコントローラ２４へ与えることも可能である。
【００４７】
本実施形態において、ホストコントローラ２４は、スケジューラーとして機能しており、基本サイクル時間を例えば５分とし、その５分単位で各装置の処理が遂行されるようにそれぞれの装置の動作制御を行っている。但し、インキュベータ５２においては、反応促進処理にある程度の時間を要することから、数倍の基本サイクル時間がそこに割り当てられる。本実施形態においては、インキュベータ５２が複数の収容室を有し、それぞれの収容室に時間差をもって複数のアッセイプレートを収容し、そこにおいて反応促進処理（恒温処理）を行うことができる。
【００４８】
ちなみに、サンプルによっては、図２に示した全部の工程を実施することなく、一部の工程の実施が省略される場合もある。ホストコントローラ２４は、そのようなサンプルごとの処理内容を考慮し、全体のタイムシーケンスを制御しており、特に、前処理ユニット１０におけるアッセイプレートへの分注タイミングを管理している。
【００４９】
図３に示す構成から明らかなように、各ユニット全体として、同一の処理内容を行う装置が重複して設けられており、それぞれが並列稼動することによって各処理工程が円滑に実施されている。
【００５０】
次に、図４には、前処理ユニット１０の具体的な構成例が概念図として示されている。この前処理ユニット１０は、マイクロプレートからアッセイプレートへのサンプル分注に着目して、それをコピー分注ユニットと称することもできる。
【００５１】
図４において、符号１００は前処理ユニットの前面を表している。またＹ方向は上述したようにアッセイプレートの主たる搬送方向である。これらは各図において同じである。
【００５２】
プレート送り機構３０は、第１送り機構７２と第２送り機構７４とからなる。第１送り機構７２はスタッカ７６、第１搬送路７８及びスタッカ８０を有している。すなわち、スタッカ７６には複数枚のマイクロプレートが積層収納され、そのスタッカ７６からホストコントローラ２４によって選択されたマイクロプレートが搬送路７８に順次送り出される。そして、分注エリア９８Ｂにおいて、そのマイクロプレートに対してサンプルの吸引が段階的に行われ、サンプルの吸引がなされた後のマイクロプレートがスタッカ８０によって積層収納される。ちなみに、第１ラベルリーダー７７は、各マイクロプレートの側面に貼付けられたバーコードラベルを光学的に読み取るための装置である。
【００５３】
第２送り機構７４は、スタッカ８２、第２搬送路８４を有している。スタッカ８２には複数枚の未使用のアッセイプレートがセットされる。そして、そこから１枚ずつアッセイプレートが第２搬送路８４へ送り出される。
【００５４】
その途中における分注エリア９８Ｂにおいては、各ウエル内にサンプルが吐出される。第２ラベルリーダー８３はアッセイプレートの側面に貼付けられたバーコードラベルを光学的に読み取るための装置である。
【００５５】
第１搬送路７８及び第２搬送路８４の途中には、図３に示したプレート要素検出器３６をなすセンサ３６Ａ，３６Ｂがそれぞれ設けられている。それらのセンサはそれぞれの上方を通過する物体の有無を検知するセンサである。
【００５６】
搬送ライン３８は、分注完了後のアッセイプレートを次の第１反応処理ユニット１２へ送り出す機構である。
【００５７】
ステージ送り機構３４は、この構成例において第１送り機構８６と第２送り機構８８とからなる。それぞれの送り機構８６，８８は、ステージ９０を図においてＸ方向にスライド運動させる機構である。ここで、そのＸ方向の内で中央部すなわちノズル移動経路９８付近が装着エリア９８Ａであり、その装着エリア９８ＡからＸ方向の両端に外れたエリアが退避エリアである。各ステージ９０上には１又は複数のチップラック９２がセットされており、各チップラック９２には複数本のノズルチップ（ディスポーザブルチップ）が保持されている。そして、第１送り機構８６及び第２送り機構８８のそれぞれの作用により、ノズル移動経路９８の直下に装着対象となるチップ列が位置決めされることになる。
【００５８】
分注機構３２は、ノズル基部を搬送する搬送機構９４とノズル列９６とによって構成されている。ノズル列９６はＹ方向に並んだ例えば８固のノズルによって構成される。搬送機構９４はノズル基部をノズル移動経路９８に沿ってすなわちＹ方向に往復運動させるための機構である。
【００５９】
各ノズルは、金属製のノズル基部とその先端に装着されるノズルチップとによって構成される。最初に、ノズル基部の列が装着エリア９８Ａに位置決めされ、ノズル基部の列を下方へ移動させることによって、ノズルチップの列がノズル基部の列に装着される。すなわち、これによって８本のノズルが構成される。その後、ノズル列９６は、分注エリア９８Ｂに搬送され、まず最初に第１送り機構７２によって位置決めされたマイクロプレートに対して吸引動作が実行される。具体的には、マイクロプレートの特定のウエル列に対して吸引が実行される。一方、第２送り機構７４によって、アッセイプレートが分注エリア９８Ｂ内に位置決めされ、吸引後のノズル列９６がそのアッセイプレートの上方に位置決めされ、そこからノズル列を下方に引き下ろして、各ノズルからのサンプルが各ウエル内に吐出される。その後、図示されていないチップ取り外し機構によって各ノズル基部からノズルチップが取り外され、再び上記同様の工程が繰り返されることになる。その場合において、ステージ送り機構３４及びプレート送り機構３０は、ノズル移動経路９８の直下に、対象となるチップ列あるいはウエル列が位置決めされるように、ステップ送り動作を行っている。
【００６０】
図５には、上述したアッセイプレート１０２の構成例が示されている。図５において、紙面左上方向がプレート送り方向として示されている。
【００６１】
フレームとしての枠体１０３には、複数のプレート要素１０４がはめ込まれている。このプレート要素１０４は、Ｙ方向に整列した複数のウエル１０６を有するものであり、図５に示すプレート要素１０４はストリップである。複数のプレート要素１０４はＸ方向に整列している。図５に示す例では、各ウエル１０６の底面には試薬層としての固相が形成されている。仮に、このようなストリップ分割の構成を採用しない場合、全ウエルを使用しない時に、その使用しないウエルについては高価な試薬が無駄になってしまう。しかしながら、このようなストリップ分割の構成を採用することによって、必要個数のストリップのみを枠体１０３に組み込み、そして酵素免疫反応測定を行える。このことは公知である。
【００６２】
しかし、枠体１０３への各プレート要素１０４のはめ込みは通常手作業によって行われるため、必要なプレート要素１０４がはめ込まれないまま前処理ユニット１０に誤ってセットされてしまう可能性がある。そこで、本実施形態においては、図４に示したように搬送路８４にセンサ３６Ｂが設けられている。そのセンサ３６Ｂが形成する光ビーム１０６によって物体検知を行い、その結果に基づいてプレート要素の有無の判定を行っている。これは、マイクロプレートについても同様であり、搬送路７８上にはセンサ３６Ａが設けられており、そのセンサ３６Ａが形成する光ビーム１０６によって、プレート要素の有無の判定を行っている。
【００６３】
ここで、光ビーム１０６の照射ポイントは、各ウエル１０６の底面１０６Ａの中央部であるのが望ましい。その理由は、アッセイプレート１０２のタイプによっては、その底面１０６Ａが凸球面状に形成されており、光ビーム１０６の照射位置が中央からずれると有効な反射を得られない可能性があるからである。
【００６４】
また、本実施形態においてはプレート要素１０４としてストリップの検出を行ったが、各ウエルごとに分割可能になっている場合には、ウエル部材ごとに存在の有無を検知するようにしてもよい。
【００６５】
図６には、プレート送り機構３０の構成例が斜視図として示されている。プレート送り機構３０は、第１送り機構７２及び第２送り機構７４によって構成されている。第１送り機構７２は、第１駆動モータ７２Ａ及び第１案内機構７２Ｂを有している。第１案内機構７２Ｂはマイクロプレートを図中左方（−Ｘ方向）に搬送する機構であり、その途中には上方をマイクロプレートが通過するセンサ３６Ａが設けられている。また、第２送り機構７４は、第１駆動モータ７４Ａと第２案内機構７４Ｂとを有している。第２案内機構７４Ｂはアッセイプレート１１２を図中左方（−Ｘ方向）に搬送する機構である。その途中にはセンサ３６Ｂが設けられている。
【００６６】
第１送り機構７２及び第２送り機構７４は、プレート要素１０４ごとにステップ送りをしている。
【００６７】
本実施形態においては、センサ３６Ａ，３６Ｂは、図４に示したノズル移動経路９８の直前に設定されており、すなわち分注の直前ステップにおいてプレート要素１０４の存在が確認されている。これによって、プレート要素１０４が装着されていない場合に、誤って分注がなされてしまうことを未然に防止することができる。
【００６８】
図１５には、搬送対象の構成の良否を判定するための動作がフローチャートとして示されている。Ｓ２０１では、ホストコントローラ２４（図３参照）に登録された登録データを参照し、搬送対象すなわちマイクロプレートあるいはアッセイプレートを構成しているプレート要素が認識される。
【００６９】
Ｓ２０２では、上述したステップ送りの過程において、センサ３６Ａまたは３６Ｂによってプレート要素の有無が検出される。Ｓ２０３では、登録データと検出結果とを照合し、そこで本来プレート要素があるべきなのに存在していない場合には、Ｓ２０４でエラー処理が実行される。一方、本来あるべきプレート要素が実際に検出された場合には、Ｓ２０５において次のプレート要素があるか否かが判断され、ある場合にはＳ２０２からの各工程が繰り返し実行される。すなわちステップ送りに伴って各段階において検出及び照合が実行される。また、Ｓ２０６では、次のマイクロプレートあるいはアッセイプレートが存在していれば、Ｓ２０１からの各工程が繰り返し実行されることになる。図１５に示した動作例においては、ホストコントローラ２４に登録されたデータに基づいて照合を行ったが、そのような照合を行うことなく単にプレートの要素の有無を検知し、それを表示するようにしてもよい。いずれにしても、上記構成を採用することにより、プレート要素の構成が不良が判定された場合には適切なエラー処理を実行し、誤った分注などを未然に回避することができる。
【００７０】
次に、図７を用いて第２及び第３反応処理ユニット１４，１６の具体的な構成例について説明する。
【００７１】
搬送ライン４０はユニット内搬送ラインとして機能するものであり、アッセイプレートをＹ方向に段階的に搬送する。その搬送ライン４０上には、分注のための第１停止位置、攪拌及びインキュベーションのための第２停止位置及び洗浄のための第３停止位置が設定されている。そしてそれぞれの位置において、第１ハンドリング機構４２、第２ハンドリング機構４８、第３ハンドリング機構５６によりアッセイプレートの搬送がなされる。
【００７２】
分注機構４４は、ノズル基部を搬送する搬送機構１１１とノズル列とによって構成されている。ノズル列１１４は、本実施形態においてＹ方向に整列した８本のノズルによって構成される。各ノズルはノズル基部及びその先端に着脱自在に装着されるノズルチップによって構成される。搬送機構１１１は、Ｘ方向に伸長した２つのレール１１０Ａ，１１０Ｂと、それらのレール１１０Ａ，１１０Ｂに跨ってＸ方向に往復駆動されるアーム１１２とを有している。これによりノズル列１１４をＸ方向及び垂直方向に自在に搬送することができる。レール１１０Ａ，１１０Ｂに挟まれているエリアが装着／吸引エリアである。その両側は退避エリアである。
【００７３】
ステージ送り機構４６は、図においてＹ方向にスライド運動する２つのステージを有している。各ステージには、それぞれ複合ラック１１６が着脱自在にセットされている。一方の複合ラック１１６が装着／吸引エリアに位置決めされている状態では、他方の複合ラック１１６が退避エリアに位置決めされている。複合ラックの交換は退避エリアにおいて行うことができる。
【００７４】
装着／吸引エリアにおいて、ノズル基部の列に対してノズルチップの列が装着され、それによってノズル列１１４が構成される。そのノズル列によって試薬が吸引され、その試薬がアッセイプレートのウエル列に対して吐出される。ここで、当然のこととして、ノズル列のピッチはウエルのピッチに合わせられている。
【００７５】
図７において、ステージ送り機構４６の中央部分が装着／吸引エリアであり、その左側及び右側がそれぞれ退避エリアである。一方の複合ラック１１６が装着／吸引エリアにおいて試薬やノズルチップが利用されている場合には、他方の複合ラック１１６が退避エリアに位置決めされ、そのエリア上において、それが使用されるまで待機される。退避エリアの複合ラック１１６は、必要に応じて、交換され、また、試薬やノズルチップの補充を行える。システム全体を停止させることなく、そのような作業を行えるという利点がある。
【００７６】
複合ラック１１６は容器ラック１２４及びチップラック１２６を有している。それらについては後に図８などを用いて詳述する。
【００７７】
図７において、攪拌装置５０は載置されたアッセイプレートを水平方向に周期運動させることにより各ウエル内において試薬とサンプルとを攪拌する装置である。インキュベータ（反応促進装置）５２は、上下方向に並んだ複数の収容室を有しており、各収容室内にはそれぞれアッセイプレートが所定時間だけ収納される。そしてその収納状態で所定温度下において反応促進処理がなされる。
【００７８】
第１ハンドリング機構４２及び第３ハンドリング機構５６は、上方からアッセイプレートを複数のフィンガあるいは爪部材によってつかむ機構である。それに対し、第２ハンドリング機構４８は、水平方向に伸長した一対のアームによってアッセイプレートを挟んで保持する機構である。これについては後に図１２などを用いて詳述する。
【００７９】
第２ハンドリング機構４８は、第２停止位置にあるアッセイプレートを保持し、それを最初に攪拌装置５０にセットし、攪拌終了後、アッセイプレートをインキュベータ５２に送り込む。反応促進処理が終了した後、アッセイプレートは第２ハンドリング機構４８によってインキュベータ５２から引き出され、第２停止位置へ戻される。そして、その第２停止位置から第３停止位置へ送られる。
【００８０】
第３ハンドリング機構５６は、第３停止位置と洗浄位置との間でアッセイプレートを搬送する機構である。洗浄機構５８は、本実施形態において、一度に８個のウエルに対して洗浄を行うことができるように、８個のノズルからなるノズル列を有しており、またそのノズル列を搬送する機構を有している。
【００８１】
図８は、複合ラック１１６の上面図である。図９は複合ラック１１６の斜視図である。
【００８２】
複合ラック１１６はステージ１１８に対して着脱自在にセットされるものである。このステージ１１８は複合ラック１１６のトレイとして機能し、図８において複合ラック１１６はステージ１１８にセットされている。ステージ送り機構４６は、例えばＹ方向に伸びた２つのレール１２０Ａ，１２０Ｂを有し、ステージ１１８をＹ方向に往復運動させる。
【００８３】
複合ラック１１６は容器ラック１２４及びチップラック１２６を有している。容器ラック１２４は、図９に示されるようにＸ方向に並んだ複数のスリット１３６を有しており、各スリット１３６には試薬容器１２７が差込収容される。本実施形態においては、例えば１５個の試薬容器をＸ方向に並べて配設することができる。各試薬容器１２７に収容される試薬は基本的には別の試薬であるが、同一の試薬であってもよい。
【００８４】
チップラック１２６はマトリクス状に形成されたチップ孔アレイ１２８を有している。チップ孔アレイ１２８は多数のチップ孔１３１によって構成される。
【００８５】
ここで、ノズル列を構成するノズルの本数ｎと、試薬容器１２７の個数ｍと、一定のマージンの数ｋ×ｎ（但し、ｋは１以上の整数）とに基づいて、チップ孔アレイ１２８が作製されている。すなわち、各試薬ごとにノズル列を構成するノズルの本数分だけノズルチップを消費し、チップ装着エラーなどの発生回数はマージンの数以下であるという前提に基づくものである。具体的には、ｎ×（ｍ＋ｋ）個のチップ孔が形成されている。
【００８６】
チップ孔アレイ１２８は２つのサブアレイ１３０に分離されており、スペースの活用が図られている。図８において、サブアレイ１３０として、８個×１０列のチップ孔が作製されている。試薬容器の個数は１５であるので、本実施形態ではマージンは５回である。
【００８７】
また、容器ラック１２４の方がチップラック１２６よりも吐出エリアに近い側に設定されている。分注対象となる試薬が切り替わるまでは、同じノズルチップが繰り返し使用されるので、このような設定の方がノズルの移動量を全体として少なくできるからである。また、複合ラック１１６のＸ方向の両端に取手１３７が形成され、それらの取手１３７をもって複合ラック１１６を容易に交換することができる。つまり、本実施形態の複合ラック１１６は、容器ラック１２４及びチップラック１２６を一体的に形成したので、１つの交換作業によって２種類のラックを同時にセッティングすることができ、そのためのスライド機構も１つにすることができるという利点がある。
【００８８】
図１０及び図１１には、試薬容器１２７の一例が示されている。図１０（Ａ）は試薬容器１２７の正面図であり、図１０（Ｂ）は試薬容器１２７の側面図である。図１１は試薬容器１２７の斜視図である。試薬容器１２７は、ノズル列方向に伸長した形態を有しており、その開口幅Ｗ１はノズル列１１４の幅Ｗ２よりも大きい。すなわちノズル列１１４の全体を試薬容器１２７に差し込んで、試薬１４２の吸引を同時に行うことができる。試薬容器１２７の底壁１２７Ａは先細のテーパー状に形成されており試薬１４２が少なくなった場合においても、そのテーパー状の底面に集められる試薬１４２を余すことなく吸引することが可能である。
【００８９】
図１２は図７に示した第２ハンドリング機構４８の斜視図である。この第２ハンドリング機構４８は、一対のアーム１４２，１４４と、開閉駆動部１４８と、ストッパ１６８と、アームベース１４６とを有しており、それらはアームベース１４６に連結された搬送機構によってＺ方向及びＸ方向に搬送される。ただし、当該搬送機構については図示省略されている。
【００９０】
一対のアーム１４２，１４４は、アッセイプレートの左右端を挟んで保持するための部材である。各アーム１４２，１４４はアーム本体１５０を有している。アーム本体１５０の先端部１５０Ａは丸みを帯びた流線形状を有している。アーム本体１５０の基端部１５０Ｂに開閉駆動部１４８が取り付けられている。開閉駆動部１４８の駆動軸１４８Ａは２つの基端部１５０Ｂを貫通しており、アーム本体１５０間の距離を可変させることができる。すなわち、開閉駆動部１４８によって、２つのアーム１４２，１４４を開閉運動させることができる。
【００９１】
ただし、一対のアーム１４２，１４４がストッパ１６８の側面（外側面）に当接する間隔が最小間隔とされ、それ以上、一対のアーム１４２，１４４の間隔を狭めることはできない。
【００９２】
アームベース１４６には、上記のストッパ１６８が設けられている。このストッパ１６８は、インキュベータの収容室内に各アーム１４２，１４４を差し込んだ場合において、その収容室の出入口に当接する前面１６８Ａを有している。したがって、ストッパ１６８をばねなどによって支持し、Ｘ方向に弾性付勢させてもよい。
【００９３】
アーム本体１５０には、金具１５２，１５４が設けられている。各金具１５２，１５４の下縁は内側方向に屈曲しており、すなわち、保持されるアッセイプレートの下側に回り込む支持片１５２Ａ，１５４Ａが形成されている。支持片１５２Ａ，１５４Ａは、アッセイプレートをその下側から支えるための部材である。支持片１５２Ａ，１５４Ａの支えと、２つのアーム本体１５０の内側面１５０Ｃの挟み込みとの協働によってアッセイプレートがしっかりと保持される。
【００９４】
本実施形態においては、各金具１５２，１５４に、加わる荷重を検知するためのセンサ１６２，１６４が設けられている。すなわち各金具１５２，１５４はスプリングなどの弾性部材１６０によって垂直方向に若干可動するように支持されており、荷重が加わった場合の金具１５２，１５４の動きが、マイクロスイッチなどのセンサ１６２，１６４によって検知される。これによってそれらの金具１５２，１５４にマイクロプレートが載せられたことを確実に検知することが可能となる。もちろん、そのようなセンサは各種の可動部位に設けられているが、図１２においてはそれらが図示省略されている。
【００９５】
図１３を用いて、第２ハンドリング機構４８の作用を説明する。アッセイプレート１０２が第２ハンドリング機構４８によって保持される。
【００９６】
インキュベータ５２は、上下方向に形成された複数の収容室１７０を有する。各収容室１７０においては温度が一定に制御され、これによって反応促進のための恒温制御がなされている。各収容室１７０の前面側には、扉１７２が設けられている。その扉１７２の上縁にはヒンジ１７４が設けられ、そのヒンジ１７４を回動中心として、扉１７２は揺動運動する。具体的には、その扉１７２が垂直に垂れ下がった状態から、少なくとも奥側には跳ね上げることができるように構成されている。したがって、アッセイプレート１０２を２つのアーム本体１５０によって挟み込んだ状態で、それを収容室１７０の手前側に位置決めし、それらのアーム本体１５０を水平方向に前進運動させることにより、扉１７２を奥側に跳ね上げつつ、アッセイプレート１０２を収容室１７０の内部に差し入れることが可能である。
【００９７】
先端部１５０Ａは流線形状を有しているため、そこに扉１７２の前面が当接した場合、円滑にそれを奥側に跳ね上げることが可能である。そして跳ね上げられた扉１７２の下縁が上面１５０Ｅによって支持されることにより、その跳ね上げ状態が維持される。収容室１７０内の所定位置まで進入した段階で、２つのアームが開かれ、その位置にアッセイプレート１０２が留置される。その後、その開いたアーム本体１５０が収容室１７０から引き出される。すると、今まで上面１５０Ｅによって支持されていた扉１７２は揺動運動をして垂直に垂れ下がる。その結果、収容室１７０からの放熱を効果的に防止することが可能である。
【００９８】
なお、収容室１７０内からアッセイプレート１０２を取り出す場合には、２つのアーム本体１５０が差し込まれて、２つのアーム本体１５０の間にアッセイプレート１０２が挟まれた後、収容室１７０から引き出される。
【００９９】
したがって、収容室１７０の扉１７２を揺動運動可能とし、第２ハンドリング機構４８のアーム本体１５０を差し込み可能とすることにより、一連のアームの動きの中で、扉１７２の開閉運動を行わせることが可能となる。
【０１００】
なお、ストッパ１６８の前面１６８Ａが各収容室１７０の出入口の外面に当接したときが、アッセイプレート１０２が留置される所定位置であるようにしてもよい。
【０１０１】
図１４には第２ハンドリング機構４８の変形例が示されている。
【０１０２】
搬送ライン４０は、水平板としての支持板１７６と、その左右端に巻回された一対の搬送ベルトとによって構成されている。搬送ベルト１７８は、送り側を示しており、搬送ベルト１８０は、帰り側を示している。すなわち支持板１７６の上面より、搬送ベルト１７８の厚み分だけ少なくともアッセイプレート１０２は浮き上がっている。しかも、アッセイプレート１０２にはその両端側にやや下方に突出した脚部が形成されており、その結果、アッセイプレート１０２の下面側にはその両端部を除いて支持板１７６の表面との間に隙間が形成される。その隙間に支持片１５２，１５４が差し込まれる。
【０１０３】
この図１４に示す変形例では、アーム本体１５０の内側面１５０Ｃに押さえ板１８２が設けられる。この押さえ板１８２は、支持片１５２，１５４上にアッセイプレート１０２が載せられた場合において、そのアッセイプレート１０２の上面レベルに合わせた高さに形成されている。この押さえ板１８２は、アッセイプレート１０２の上方への逃げを防止するものである。すなわち、この変形例は、アッセイプレート１０２の保持をさらに確実にするためのものである。
【０１０４】
なお、第１反応処理ユニット１２及び呈色反応処理ユニット１８は、第２及び第３反応処理ユニット１４，１６の全体構成のうち、第１ハンドリング機構４２，分注機構４４，ステージ送り機構４６を除いた構成であるので、その説明を省略する。また、測定処理ユニット２０は、測定器を除いて、各構成要素が第２及び第３ユニット１４，１６で説明した構成要素に類似するため、その説明を省略する。
【０１０５】
【発明の効果】
本発明によれば、試薬容器の交換あるいはチップラックの交換などのメンテナンス時の作業性を向上できる。また、分注装置の動作効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る酵素免疫反応測定システムの全体構成を示す概略的な外観図である。
【図２】酵素免疫反応測定における一連の工程を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る酵素免疫反応測定システムの全体構成を示すブロック図である。
【図４】前処理ユニットの構成例を示すブロック図である。
【図５】アッセイプレート（マイクロプレート）の一例を示す斜視図である。
【図６】前処理ユニットに設けられるプレート送り機構の一例を示す斜視図である。
【図７】反応処理ユニットの構成例を示すブロック図である。
【図８】複合ラックの一例を示す上面図である。
【図９】ステージにセットされる複合ラックの一例を示す斜視図である。
【図１０】複合ラックに保持される試薬容器の一例を示す図である。
【図１１】試薬容器の一例を示す斜視図である。
【図１２】反応処理ユニットに設けられる第２ハンドリング機構の構成例を示す斜視図である。
【図１３】第２ハンドリング機構の動作例を説明するための図である。
【図１４】第２ハンドリング機構の変形例を説明するための図である。
【図１５】プレート要素検出時の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０前処理ユニット、１２第１反応処理ユニット、１４第２反応処理ユニット、１６第３反応処理ユニット、１８呈色反応処理ユニット、２０測定処理ユニット、２４ホストコントローラ、３０プレート送り機構、３２，４４，６４分注機構、３４，４６，６６ステージ送り機構、３６プレート要素検出器、３８，４０，６０搬送ライン、４２，６２第１ハンドリング機構、４８第２ハンドリング機構（一対のアームを利用したハンドリング装置）、５２インキュベータ、５６第３ハンドリング機構、５８洗浄機構、６８第４ハンドリング機構、１０２アッセイプレート（マイクロプレート）、１１６複合ラック、１４２，１４４アーム。

Claims

ノズルチップが装着されるノズル基部をＸ方向に搬送する搬送機構と、
前記Ｘ方向に直交するＹ方向に並んで設けられる第１及び第２複合ラックと、
前記Ｙ方向に並んで設けられ、Ｙ方向にスライド運動する２つのステージであって、それぞれに前記複合ラックが着脱自在にセットされる第１及び第２ステージと、
前記各ステージを前記Ｙ方向にスライド運動させるスライド機構と、
を含み、
前記各複合ラックは、前記ノズル基部と前記ノズルチップとからなるノズルによって吸引される液体を収容した液体容器群と、前記ノズル基部に装着される未使用ノズルチップ群と、を有し、
前記スライド機構によるＹ方向のスライド範囲における中央部にはノズルチップ装着及び液体吸引がなされる装着／吸引エリアが設定され、前記Ｙ方向のスライド範囲における中央部の両側には第１及び第２退避エリアが設定され、
前記搬送機構は、吐出エリアと前記装着／吸引エリアの間において前記Ｘ方向に前記ノズル基部を搬送し、
前記スライド機構は、前記第２ステージが前記装着／吸引エリアにある場合には前記第１ステージを前記第１退避エリアに退避させ、前記第１ステージが前記装着／吸引エリアにある場合には前記第２ステージを前記第２退避エリアに退避させる、
ことを特徴とする分注装置。
請求項１記載の装置において、
前記各複合ラックにおいて前記液体容器群と前記未使用チップラック群とが前記Ｘ方向に整列していることを特徴とする分注装置。
請求項２記載の装置において、
前記複合ラックにおいて前記液体容器群が前記未使用チップラック群よりも前記吐出エリアに近い側に設けられたことを特徴とする分注装置。
請求項１記載の装置において、
前記Ｙ方向に整列した複数のノズル基部を備え、
前記複数のノズル基部に対して複数のノズルチップを装着することによってノズル列が構成され、
前記搬送機構は前記ノズル列を前記Ｘ方向に搬送することを特徴とする分注装置。
請求項４記載の装置において、
前記液体容器群は前記Ｘ方向に整列した複数の液体容器で構成され、前記各液体容器は前記Ｙ方向に伸長した形態を有し、前記各液体容器の上部開口の前記Ｙ方向の幅が前記ノズル列の前記Ｙ方向の幅よりも長いことを特徴とする分注装置。
請求項４記載の装置において、
前記未使用ノズルチップ群における前記Ｙ方向のピッチが前記複数のノズル基部の前記Ｙ方向のピッチと同一であることを特徴とする分注装置。
請求項１記載の装置において、
前記スライド機構は、前記装着／吸引エリアにある一方の複合ラックが液体不足又はチップ不足の状態となった場合に、それを前記第１及び第２退避エリアの一方に退避させ、それと同時に又はその後に、前記第１及び第２退避エリアの他方から満載状態にある他方の複合ラックを前記装着／吸引エリアに送り込むことを特徴とする分注装置。
請求項１記載の装置において、
前記複合ラックには、前記未使用ノズルチップ群を保持するチップ孔アレイが形成され、
前記チップ孔アレイは、前記ノズル列を構成するノズルの個数ｎに前記試薬容器群を構成する試薬容器の個数ｍを乗じた値ｎ×ｍと、前記ノズル列を構成するノズルの個数ｎに１以上の整数ｋを乗じた値ｎ×ｋと、を加算したｎ×（ｍ＋ｋ）個のチップ孔によって構成されることを特徴とする分注装置。
請求項８記載の装置において、
前記チップ孔アレイは、前記Ｙ方向に整列する複数のサブアレイによって構成され、
前記各サブアレイは、前記Ｙ方向に整列した前記ノズル列を構成するノズルの個数分のチップ孔からなるチップ孔列が前記Ｘ方向に整列したものであることを特徴とする分注装置。