JP3750460B2

JP3750460B2 - 分注装置及び分注方法

Info

Publication number: JP3750460B2
Application number: JP2000040766A
Authority: JP
Inventors: 秀隆大澤; 雅裕稲庭; 豊作佐藤
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2000-02-18
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2020-02-18
Also published as: US6773927B2; JP2001228060A; US20010016358A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストンを有したピペットを用いて、ピストンを進退させて先端の孔から吸入し吐出する分注装置及び分注方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の分注方法は、先ず、予め定められた量の液体をピペット先端の孔からピペット内に吸入する。次に、分注すべき容器の上方にピペットを移動して、ピペット先端の孔から吸入した液体を所定量吐き出して容器に注入する。この時、ピペット先端に液滴が付着して残ってしまう事がある。特に１マイクロリットル程度の微量分注で、分注量の精度が要求される高精度の分注作業では、この液滴を容器に入れるため、ピペット先端に付着した液滴を容器の内壁面に接触させ、液滴を内壁面に塗り付けるようにして、ピペット先端に残った液滴を分注する手法、いわゆるチップタッチ操作を行っていた。更に、内壁面に着いた液滴が自重で容器の底へ落ちない場合があるため、容器を遠心機にセットして遠心回転させ、遠心力を利用して液滴を容器の底に移動させる手法、いわゆるスピンダウン操作を実施していた。
【０００３】
その他の分注方法として、カラープリンタのインクを噴射する技術を応用して、ピペットに熱を加え、泡の発生力を利用して液体を噴射するといった技術がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、特に分注量が少ない高精度の分注作業においては、分注作業の後工程で、チップタッチ操作及びスピンダウン操作が必要となり、遠心機などの周辺機器を整備しなければならない上に、作業工程が多いため分注の作業時間がかかるという問題がある。また、熱を使った液体の噴射においては、液体が加熱されるため、液体の性質の変化及び劣化などが心配される。
【０００５】
本発明の目的は、上記した問題を解決するために、コンタミネーションがないように分注チップを交換可能としたピストンを有するピペットを用いて、ピペット先端の孔から液体を自己吸入し、吐出時は液滴を飛翔させて直接容器の底に注入する事により、チップタッチ操作及びスピンダウン操作を不要とし、液体が加熱されない分注装置及び分注方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、分注する量が微量であっても液滴を飛翔させることを可能とした分注装置及び分注方法を提供することにある。
本発明の更なる目的は、分注作業の信頼性を向上させた分注装置及び分注方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、本発明は先端に孔を有するピペットと、該ピペットの内壁面に接して進退するピストンと、該ピストンを把持するピストン把持部と、該ピストン把持部と連結され、前記ピペット内に吸入した液体の一部を液滴にして孔から飛翔させる程度に、孔方向へ前記ピストンを瞬時に微小変位させる圧電アクチュエータとを有することで達成される。
【０００８】
また、先端に孔を有するピペットと、該ピペットの内壁面に接して進退するピストンと、該ピストンを把持するピストン把持部と、該ピストン把持部と連結され、前記ピペット内に吸入した液体の一部を液滴にして孔から飛翔させる程度に、孔方向へ前記ピストンを瞬時に微小変位させる瞬時移動手段と、前記ピペットの孔よりも小さい孔を設けたノズルを前記ピペットの先端に装着可能な分注装置において、前記ピペット先端を液体に浸し、前記ピストンを下端から引き上げて液体を吸引する工程と、前記ノズルを前記ピペットの先端部に装着する工程と、前記ピペット先端を分注すべき容器に向け、前期ピストンを微小変位させ、前記ピペット内の液体の一部を液滴にして飛翔させて容器に分注する工程とを有することで達成される。
【０００９】
更に、飛翔した液滴を検知する確認手段を分注装置に設け、瞬時変位手段によってピペット先端の孔から飛翔した液滴を確認手段で確認する工程を設けることにより達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の分注装置10aを側面から見た一部断面図、図２は本発明の分注装置10aを用いた分注方法を表わすフローチャートである。図１を用いて分注装置10aの構成について以下説明する。先端に直径500ミクロン程の孔を有したピペット１はピペット把持部６によりネジ6aで固定されている。ピペット１を把持するピペット把持部６と、所望の分注量だけピストン２の変位量を制御し、且つピストン２を瞬時に微小変位させる瞬時変位手段であるモータ３（以下、リニアステッピングモータ３と称す）はコの字形のベース７に連結されている。ピペット１の内壁面に接して進退するピストン２はピストン把持部５によりネジ5aで固定され、ピストン２を把持するピストン把持部５はリニアステッピングモータ３のシャフト４と連結される構成となっている。リニアステッピングモータ３はシャフト４が直接直線運動するモータであり、リニアステッピングモータ３を制御する制御装置20からリニアステッピングモータ３を駆動するドライバ21にパルス列信号を送ることにより、ピストン２を進退方向に速度制御、及び位置決め制御できるようになっている。
【００１１】
次に分注方法について、図２に示すフローチャートに基づいて以下説明する。予め、ピペット１をピペット把持部６へセットしネジ6aで固定し、ピストン２をピストン把持部５へセットしネジ5aで固定して置く。例えば、図示していない操作スイッチ等により分注開始の要求を制御装置20が受けると、分注作業を開始する（処理ステップ100）。
処理ステップ110において、先ず制御装置20がドライバ21を制御して、予め定められた下端の位置までリニアステッピングモータ３を駆動してピストン２を押し下げた後、人手若しくはロボットハンドを用いてピペット１の先端を液体８に浸し、比較的低速度でピストン２を所定の変位量だけ引き上げて、液体８をピペット１内に吸入する工程を実行する。本発明者の実験によれば、例えばピストン２を高速度で引き上げた場合はピペット１とピストン２のわずかな隙間から空気が入り込んでしまう。そのため、高粘度の液体８でも確実に吸入することができるような低速度で、ピストン２を引き上げる方法を採っている。もし、空気がピストン２と液体８との間に介在すると、空気が弾性体となって本発明の液滴8aの飛翔分注ができない場合があるため、空気が入らないように吸入しなければならない。
【００１２】
続いて、人手若しくはロボットハンドにより、ピペット１の先端を分注すべき容器９に向けて、以下説明する処理ステップ120の工程を実行する。処理ステップ120では、制御装置20が比較的高速のパルスレートで数十ミクロン程度の変位量となるパルス列信号をドライバ21に送り、ドライバ21がリニアステッピングモータ３を駆動して、シャフト４と連結されたピストン２を孔方向へ瞬時に微小変位させる。この瞬時微小変位によりピストン２が液体８を叩くように動作するので、ピペット１内に吸入された液体８の一部が孔から飛び出して液滴8aになり、液滴8aは飛翔して容器９に注入される。また、制御装置20がピストン２の微小変位量を制御することにより、液滴8aの量を制御することができる。
その後、所望の分注量が液滴8aの量よりも多い場合には、所望の分注量と同じ容積となる変位量だけピストン２を変位させ、容器９に分注したか否かを判断する処理ステップ130を実行する。処理ステップ130では、ピストン２が所望の変位量に達していなければ処理ステップ120を繰り返し実行し、ピストン２が所望の変位量に達すると所望の分注量を容器９に分注したと判断する工程を実行し、分注作業を終了する（処理ステップ190）。
【００１３】
更に、別の容器９に分注したい場合には、人手若しくはロボットハンドにより、ピペット１の先端を別の容器９に向けて、前述した分注作業終了時のピストン２の位置から上記処理ステップ120と処理ステップ130の工程を継続して実行すれば良い。
また、分注すべき全ての容器９への分注作業が終了し、ピペット１内部に残った液体８を吸入元へ戻すことができる。
【００１４】
尚、別な種類の液体８を分注する場合は、コンタミネーションを防ぐため、ネジ5a及び6aを緩めて新しい未使用のピペット１とピストン２に交換して、上述した分注方法を実行すれば良い。
【００１５】
次に、本発明の分注方法の他の一実施例として、瞬時変位手段に圧電素子から成る圧電アクチュエータ11を用いた例について、図３に示す分注装置10bを参照しながら以下説明する。分注装置10bは、図１に示す分注装置10aと比較して一部の構成が異なるだけであり、その異なる構成は、シャフト４とピストン把持部５の間に圧電アクチュエータ11を設けた部分と、この圧電アクチュエータ11を駆動する圧電ドライバ22を設けた事である。その他の部分については同一の構成であり、前述したので説明を省略する。圧電ドライバ22は、例えば制御装置20から出力される0VからDC5Vのアナログ電圧信号を、0VからDC150Vに増幅する高速電力増幅器である。圧電アクチュエータ11は圧電ドライバ22から出力される電圧に応じて高速に伸びて、その最大変位量は例えばDC150Vの時50ミクロン程である。
【００１６】
上記のように構成された分注装置10bの分注方法について、以下説明する。図２に示す処理ステップ100及び処理ステップ110については前述した通りに実行し、ピペット１内に液体８を吸入する工程を実行する。
【００１７】
続いてピペット１の先端を分注すべき容器９に向けて、圧電アクチュエータ11にDC150Vの電圧をかけて、ピストン２を孔方向へ瞬時に微小変位させる。この圧電アクチュエータ11が50ミクロン伸びると、ピペット１内に吸入した液体８の一部が孔から飛び出して液滴8aになって飛翔する。その後、圧電アクチュエータ11にDC0Vの電圧をかけて、伸びる前の元の長さに戻し、飛翔した液滴8aは容器９に注入される処理ステップ120の工程を実行する。液滴8aの量を制御したい場合は、制御装置20から出力するアナログ電圧信号の電圧を変えて、圧電アクチュエータ11の伸び量を制御すれば良い。
【００１８】
その後、所望の分注量を容器９に分注するため、処理ステップ120を繰り返し行いながら、圧電アクチュエータ11が伸びる前の元の長さに戻った後、圧電アクチュエータ11の伸び量分だけリニアステッピングモータ３を駆動してピストン２を前進させ、所望の分注量と同じ容積となる変位量だけピストン２を前進させる処理ステップ130の工程を実行する。ピストン２が所望の変位量に達すれば分注作業を終了する（処理ステップ190）。
【００１９】
上述したように、更に別の容器９に分注したい場合は、前述した処理ステップ120から処理ステップ130の工程を実行すれば良く、また、ピペット１内部に残った液体８は吸入元へ戻しても良く、更に、別な種類の液体８を分注する場合は、コンタミネーション防止のため未使用のピペット１とピストン２に交換して、上述した分注方法を行えば良い。
【００２０】
上記説明した分注方法では、比較的粒径が大きい、例えば百ナノリットル以上の液滴8aを飛翔させて分注する方法について説明したが、例えば百ナノリットル以下の微量の液滴8bを飛翔分注させる手法について、図４及び図５を参照しながら以下説明する。図４は本発明の分注方法を表わすフローチャート、図５は本発明の分注方法を達成するために考案した分注装置10cを側面から見た一部断面図である。分注装置10cの構成において、図３に示す分注装置10bと異なる部分は、ピペット１の先端部に装着可能であってピペット１の孔よりも小さい孔を設けたノズル12を備えたことである。このノズル12を備えることにより、微量の液滴8bを飛翔分注させることが可能となる。その他の構成については図３に示す分注装置10bと同一の構成であり、前述したので説明を省略する。
【００２１】
図５に示す分注装置10cの分注方法について、図４に示すフローチャートに基づき以下説明する。前述したように、処理ステップ100の分注開始、及び処理ステップ110の液体８の吸入は、前述した手法で実行する。
【００２２】
次に、ピペット１先端部にノズル12を装着する処理ステップ112の工程を実行する。装着方法は、人手を介して装着しても、ロボットなどを用いて自動的に装着しても構わない。
続いて、制御装置20がドライバ21を制御して予め定められた位置までリニアステッピングモータ３を駆動してピストン２を前進させ、ピペット１内に吸入した液体８を装着したノズル12の孔まで送り出して充填する処理ステップ114の工程を実行する。
【００２３】
上記のノズル12の装着工程と充填する工程を省き、予めノズル径の細いピペッタ１を用いれば良いと考えられるが、空気が入らないように液体８を吸入しようとすると、吸入時の抵抗が増えるため、ピストン２を引き上げる速度が遅くなり、吸入時間がかかるという欠点を有している。
【００２４】
液体８を充填する工程を終えると、処理ステップ120を繰り返し行いながら、圧電アクチュエータ11が伸びる前の元の長さに戻った後、圧電アクチュエータ11の伸び量分だけリニアステッピングモータ３を駆動してピストン２を前進させ（処理ステップ125）、所望の分注量と同じ容積となる変位量だけピストン２を前進させる処理ステップ130の工程を実行する。ピストン２が所望の変位量に達すれば分注作業を終了する（処理ステップ190）。
【００２５】
上述した処理ステップ120から処理ステップ130の工程を実行して、液滴8bを飛翔させて所望の分注量を容器９に分注する。この時、制御装置20から出力するアナログ電圧信号の電圧を変えて、圧電アクチュエータ11の伸び量を制御して、飛翔する液滴8bの量が制御できる。例えば、制御装置20から出力されるアナログ電圧をDC2Vにすると、圧電ドライバ22はDC60Vの電圧を圧電アクチュエータ11にかけて、圧電アクチュエータ11は20ミクロン伸びてピストン２を前進させる。すると、ノズル12の孔から液滴8aよりも小さい微量の液滴8bが飛翔して容器９に分注できる。もし、ノズル12を設けないで極微小にピストン２を瞬時変位させる手法のみであれば、ピペット１の孔先で液体８は表面張力により膨らむだけで液滴8bは飛翔しない場合がある。そこで、小さな孔を有するノズル12を設けることによって、液体８が飛び出そうとする孔の面積が狭くなっているため微量な液滴8bが飛翔可能となり、より高精度な分注作業を行うことができる。
【００２６】
続いて、分注作業の信頼性を向上させる分注方法について、図６及び図７を参照しながら説明する。図６は、確認手段13で液滴8aまたは8bが飛翔しているか否かを確認する工程を表わすフローチャートであり、図７は、ボールネジ14を用いてピストン２を直動させる分注装置10dに、液滴8aの飛翔を検知する確認手段13を併せて示している。分注装置10dは、回転子（図示せず）を有する一般的なモータ16を用いて、ベース７に固定したガイド17上を摺動するスライダ18と連結されたナット15が、圧電アクチュエータ11とピストン把持部５とピストン２を、ボールネジ14の回転に応じて上下させる。ピペット１はピペット把持部６にネジ6aで固定され、ピペット把持部６はベース７に連結されている。確認手段13は、例えば光電センサを用いて、液滴8aまたは8bが飛翔した時に遮光すると、図示していない制御装置20が飛翔したと判断するようになっている。
【００２７】
このように構成された分注装置10dは、先ず、ピペット１の先端を液体８に浸し、モータ16を駆動してピストン２を下端から所定の変位量だけ引き上げて、液体８をピペット１内に吸入する工程を実行する。もし、ピペット１の先端にノズル12を装着するならば、ノズル12を装着して、液体８をノズル12の先端まで充填する工程を実行する。
【００２８】
その後、ピペット１の先端を分注すべき容器９に向け、図６のフローチャートに示す液滴8aまたは8bの飛翔を確認する開始する（処理ステップ600）。処理ステップ610において、上記した手法で圧電アクチュエータ11に電圧を印加して瞬時に微小変位させる。すると、処理ステップ620で、正常ならば液滴8aまたは8bが飛翔し、確認手段13である光電センサを通過して遮光し、飛翔した判断する確認工程を終了する（処理ステップ690）。液滴8aまたは8bが飛翔しない異常な場合は、処理ステップ610を繰り返し実行し、液滴8aまたは8bの飛翔を確認する工程を実行する。
【００２９】
前述した液滴飛翔の確認工程を実行しながら、上記した所望の分注量を吐出する処理ステップ130の分注工程を実行する。つまり、処理ステップ120が図６に示す液滴飛翔を確認する工程に置き換わって分注作業を実行することにより、液滴飛翔の確認工程を設けたので、分注作業の信頼性を向上させることができる。
【００３０】
尚、上記した液滴飛翔の確認工程は、液滴8aまたは8bを飛翔させて分注すべき容器９に注入する工程の前に１回だけ実行しても良く、液滴飛翔の確認後、処理ステップ130の分注工程を実行しても、信頼性を向上させた分注作業となることは容易に理解できる。
【００３１】
本発明によれば、先端に孔を有するピペットと、該ピペットの内壁面に接して進退するピストンと、該ピストンを把持するピストン把持部と、該ピストン把持部と連結され、前記ピペット内に吸入した液体の一部を液滴にして孔から飛翔させる程度に、孔方向へ前記ピストンを瞬時に微小変位させる圧電アクチュエータを設け、確実に容器の底へ液滴を飛翔させて分注するようにしたので、液質の変化などの不安が無く、スピンダウン操作を行う周辺機器が不要でトータルとして安価なシステムを構築でき、またチップタッチ操作が不要となり、分注作業時間を短縮させた分注装置を提供できる。
【００３２】
また、本発明によれば、先端に孔を有するピペットと、該ピペットの内壁面に接して進退するピストンと、該ピストンを把持するピストン把持部と、該ピストン把持部と連結され、前記ピペット内に吸入した液体の一部を液滴にして孔から飛翔させる程度に、孔方向へ前記ピストンを瞬時に微小変位させる瞬時移動手段と、前記ピペットの孔よりも小さい孔を設けたノズルを前記ピペットの先端に装着可能な分注装置において、前記ピペット先端を液体に浸し、前記ピストンを下端から引き上げて液体を吸引する工程と、前記ノズルを前記ピペットの先端部に装着する工程と、前記ピペット先端を分注すべき容器に向け、前期ピストンを微小変位させ、前記ピペット内の液体の一部を液滴にして飛翔させて容器に分注する工程とを設けたので、高精度分注及び微量分注を可能とした分注装置及び分注方法を提供できる。
【００３３】
更に本発明によれば、飛翔した液滴を検知する確認手段を分注装置に設けたので、分注作業の信頼性を向上させた分注装置及び分注方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分注方法に係る一実施例の分注装置10aを側面から見た一部断面図。
【図２】本発明の分注方法の一実施例を表わすフローチャート。
【図３】本発明の分注方法に係る他の一実施例の分注装置10bを側面から見た一部断面図。
【図４】本発明の分注方法における微量分注方法の一実施例を表わすフローチャート。
【図５】本発明の分注方法における微量分注方法に係る一実施例の分注装置10cを側面から見た一部断面図。
【図６】本発明の分注方法における液滴確認方法の一実施例を表わすフローチャート。
【図７】本発明の分注方法における液滴確認方法に係る一実施例の分注装置10dを側面から見た一部断面図。
【符号の説明】
１はピペット、２はピストン、３はモータ（リニアステッピングモータ）５はピストン把持部、６はピペット把持部、８は液体、8a及び8bは液滴、９は容器、10aと10bと10c及び10dは分注装置、11は圧電アクチュエータ、12はノズル、13は確認手段、20は制御装置である。

Claims

先端に孔を有するピペットと、該ピペットの内壁面に接して進退するピストンと、該ピストンを把持するピストン把持部と、該ピストン把持部と連結され、前記ピペット内に吸入した液体の一部を液滴にして孔から飛翔させる程度に、孔方向へ前記ピストンを瞬時に微小変位させる圧電アクチュエータとを有することを特徴とする分注装置。
先端に孔を有するピペットと、該ピペットの内壁面に接して進退するピストンと、該ピストンを把持するピストン把持部と、該ピストン把持部と連結され、前記ピペット内に吸入した液体の一部を液滴にして孔から飛翔させる程度に、孔方向へ前記ピストンを瞬時に微小変位させる瞬時移動手段と、前記ピペットの孔よりも小さい孔を設けたノズルを前記ピペットの先端に装着可能な分注装置において、前記ピペット先端を液体に浸し、前記ピストンを下端から引き上げて液体を吸引する工程と、前記ノズルを前記ピペットの先端部に装着する工程と、前記ピペット先端を分注すべき容器に向け、前期ピストンを微小変位させ、前記ピペット内の液体の一部を液滴にして飛翔させて容器に分注する工程とを有することを特徴とする分注方法。
前記ピペット内の液体の一部を液滴にして飛翔させて容器に分注する工程の時に、液滴を検知する確認手段で液滴が飛翔しているか否かを確認する工程を有することを特徴とする請求項２記載の分注方法。