JP3841069B2

JP3841069B2 - 液体吐出装置

Info

Publication number: JP3841069B2
Application number: JP2003192677A
Authority: JP
Inventors: 朗樋口
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2023-07-07
Also published as: JP2005030769A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロプレートのウェルなどの液体保持部の洗浄に使用される液体吐出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
創薬スクリーニングなどにおいて行われる物質の生化学的反応の試験には、マイクロプレートなど液体試料を保持するための容器が用いられる。これらの試験において抗原・抗体反応を利用した試験の場合には、試験結果を評価するための観察に先立って、未反応の余剰試料除去のための洗浄が必要とされる。この洗浄は、抗原・抗体反応が進行した状態の液体試料を保持したマイクロプレートのウェル内に、洗浄用の液体を吐出、吸引することにより行われる。
【０００３】
この洗浄操作は、吐出、吸引の専用ヘッドを備えた専用の洗浄装置によって行われるが、この洗浄操作を効率よく行うことを目的として、マイクロプレートを移動させることなく同一位置にて液体の吐出・吸引を行う方式の洗浄装置が提案されている。このような洗浄装置には、液体吐出用の吐出ノズルと吸引用の吸引ノズルを同一ヘッドに並設する構成のもの（例えば特許文献１参照）や、さらには吐出ノズルと吸引ノズルを同軸の２重管に組み込んだもの（例えば特許文献２参照）などがある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−８３９３９号公報
【特許文献２】
特開平７−１１３７２８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
マイクロプレートなどのように試料の液体を保持するウェルが格子配列で多数設けられた容器を対象とする場合には、洗浄液の吐出ヘッド、吸引ヘッドとして吐出用や吸引用のノズルがウェルと同一配列で設けられたマルチノズル型のノズルヘッドが用いられる。この方式のノズルヘッドは、ヘッド本体内に設けられた複数の分岐流路に多数のノズルが装着される。
【０００６】
ところが、このようなマルチノズル型のノズルヘッドには、ヘッド内部における流路構造によっては、吸引停止時の液滴落下などの不具合が生じており、これら不具合によって安定した洗浄操作が妨げられる場合があった。
【０００７】
そこで本発明は、安定した洗浄操作を効率よく実行することができる液体吸引装置および液体吐出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
そこで本発明は、安定した洗浄操作を効率よく実行することができる液体吐出装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の液体吐出装置は、液体供給手段に接続された水平な流路に複数の管状のノズルを装着し、これらのノズルから液体を吐出する液体吐出装置であって、前記複数のノズルを下方から前記流路に挿入するとともに、挿入されたノズルの上端部をこの流路内に突出させ、また前記流路の上側にこの流路と連通する開口を設け、この開口から前記流路内を吸引する吸引手段を備えた。
【００１２】
請求項２記載の液体吐出装置は、請求項１記載の液体吐出装置であって、前記流路に液体を供給する供給口を相互に隔てた２箇所に設け、前記複数のノズルをこれらの２箇所に挟まれた位置に設定されたノズル範囲に配列するとともに、前記開口を前記ノズル範囲の中間部に設けた。
【００１３】
本発明によれば、液体供給手段による液体供給停止後に、吸引手段により流路内を吸引することにより、ノズルから余分に吐出される液体が液滴となって落下する液垂れを防止し、安定した洗浄操作を実現することができる。
【００１４】
まず図１を参照してマイクロプレートの洗浄処理に使用されるマルチノズル型洗浄装置の構造を説明する。このマルチノズル型洗浄装置はマイクロプレートに所定配列で配置された複数の液体保持部であるウェルに洗浄液を吐出し、また吐出された洗浄液を吸引することにより、これらの複数のウェルを同時に洗浄する機能を有している。本実施の形態では、抗原・抗体反応を利用した生化学試験において、試験結果の観察に先立って未反応の余剰試料を除去するための洗浄に使用する例を示している。
【００１５】
図１においてマルチノズル型洗浄装置は、洗浄の対象となるマイクロプレート３を保持するプレート保持部１の上方に、洗浄ヘッド５を昇降機構４によって昇降自在に配設した構造となっている。洗浄ヘッド５は、吸引ヘッド８、吐出ヘッド９を上下に重ね合わせた構成となっている。プレート保持部１はマイクロプレート３を載置して保持するプレート載置テーブル２を備えており、プレート保持部１に内蔵された水平移動機構（図示省略）により、プレート載置テーブル２上に載置されたマイクロプレート３の水平方向の位置を調整できるようになっている。プレート保持部１の上部は、図２に示すように、洗浄時にマイクロプレート３からオーバフローした洗浄液を受けるための液溜め部１ａとなっている。
【００１６】
プレート保持部１の側方には昇降機構４が垂直姿勢で配設されている。昇降機構４は昇降駆動機構を内蔵しており、昇降プレート６Ａ、６Ｂを介してクランプ部７Ａ、７Ｂにそれぞれ装着された吸引ヘッド８，吐出ヘッド９を個別に昇降させる。昇降プレート６Ａ、６Ｂには、洗浄ヘッド５を構成する吸引ヘッド８、吐出ヘッド９がそれぞれ装着されており、昇降機能４を駆動することにより、吸引ヘッド８、吐出ヘッド９を個別にまたは一体的に昇降させることが可能となっている。
【００１７】
昇降駆動機構について説明する。図２に示すように、昇降機構４において、昇降プレート６Ａ、６Ｂはそれぞれナット部材４ｃ、４ｆに結合されており、ナット部材４ｃ、４ｆに螺合する送りねじ４ｂ、４ｅは、モータ４ａ、４ｄによって回転駆動される。制御部１０によってモータ４ａ、４ｄの回転を制御することにより、昇降プレート６Ａ、６Ｂに結合された吸引ヘッド８、吐出ヘッド９は、プレート保持部１に保持されたマイクロプレート３の上方で昇降する。
【００１８】
吐出ヘッド９は洗浄液供給装置１１に接続されており、制御部１０によって洗浄液供給装置１１を制御することにより、吐出ヘッド９に装着された複数の吐出ノズル２２から洗浄液がマイクロプレート３に対して吐出される。液体供給手段である洗浄液洗浄装置１１と吐出ヘッド９は液体吐出装置を構成しており、この液体吐出装置は、液体供給手段に接続された吐出ヘッド９に水平な流路を設け、この流路に複数の管状のノズルを装着しこれらのノズルによって液体を吐出する形態となっている。
【００１９】
吸引ヘッド８、吐出ヘッド９、液溜め部１ａは吸引機構１２に接続されており、制御部１０によって吸引機構１２を制御することにより、マイクロプレート３に吐出された洗浄液を吸引ヘッド８に装着された複数の吸引ノズル１７から吸引することができるとともに、吐出ヘッド９の内部を吸引して残液を排出することができ、さらに液溜め部１ａ内にオーバフローした洗浄液を吸引機構１２によって吸引除去することも可能となっている。吸引手段である吸引機構１２と吸引ヘッド８は液体吸引装置を構成し、この液体吸引装置は、吸引手段に接続された吸引ヘッド８に水平な流路を設け、この流路に複数の管状のノズルを装着しこれらのノズルによって液体を吸引する形態となっている。
【００２０】
次に図３〜図７を参照して洗浄ヘッド５の詳細構造を説明する。図３は、吸引ヘッド８、吐出ヘッド９をそれぞれクランプ部７Ａ、７Ｂから取り外した状態を示している。吸引ヘッド８、吐出ヘッド９はいずれも矩形のプレート状部品であり、クランプ部７Ａ、７Ｂに嵌合形状で設けられた装着枠に着脱自在となっている。吸引ヘッド８はクランプねじ１５によってクランプ部７Ａに固定される。
【００２１】
吸引ヘッド８は上部プレート１３、下部プレート１４を上下に結合した構造となっており、下部プレート１４の下面からは複数の吸引ノズル１７が下方に延出して設けられている。下部プレート１４の右側面には、ジョイント部１６が設けられており、ジョイント部１６は図２に示す洗浄液供給装置１１に接続されている。吸引ヘッド８における吸引ノズル１７の配列は、マイクロプレート３におけるウェル３ａの格子配列に対応したものとなっている。
【００２２】
吐出ヘッド９はノズルプレート１９の両側面を第１の側プレート１８Ａ、第２の側プレート１８Ｂによって挟み込んだ構成となっており、ノズルプレート１９の下面からは、複数の吐出ノズル２２が下向き斜め方向に延出して設けられている。吐出ヘッド９における吐出ノズル２２の配列も吸引ノズル１７と同様に、マイクロプレート３におけるウェル３ａの格子配列に対応している。
【００２３】
すなわち、上部プレート１３、下部プレート１４は、複数の吸引ノズル１７の下端部がウェル３ａの所定配列に対応するように、これらの複数の吸引ノズル１７を保持している。またノズルプレート１９は、複数の吐出ノズル２２の下端部がウェル３ａの所定配列に対応するように、これらの複数の吐出ノズル２２を保持している。
【００２４】
ノズルプレート１９には、吸引ヘッド８における吸引ノズル１７の配列に対応した位置に、上下に貫通する開口部１９ａが設けられており、吸引ヘッド８と吐出ヘッド９とを組み合わせた状態では、吸引ノズル１７は開口部１９ａを挿通してノズルプレート１９の下面側まで突出する。
【００２５】
吸引ノズル１７を開口部１９ａに挿通させて洗浄ヘッド５を構成した状態において、昇降機構４を駆動することにより、吸引ノズル１７、吐出ノズル２２はいずれもマイクロプレート３に対して昇降する。このとき、制御部１０によってモータ４ａ、モータ４ｄを個別に制御することによって、吸引ノズル１７、吐出ノズル２２の下端部を、マイクロプレート３のウェル３ａに対して一体的にまたは選択的に、接近・離反させることができる。
【００２６】
次に図４、図５を参照して、吸引ヘッド８の内部構造を説明する。上部プレート１３には、複数のＸ溝部１３ａがＸ方向に等間隔で設けられており、Ｘ溝部１３ａの周囲にはシール部材１３ｄが装着されている。シール部材１３ｄは、上部プレート１３と下部プレート１４とを締結孔１３ｂによって締結した状態で、Ｘ溝部１３ａを外部から気密に保つ。各列のＸ溝部１３ａの中央部には連通溝１３ｃがＹ方向に設けられており、これにより複数のＸ溝部１３ａが相互に連通する。
【００２７】
下部プレート１４の中央位置には連通溝１３ｃと連通する連結孔部１４ａが厚み方向に設けられており、連結孔部１４ａに連通してＹ方向に設けられた吸引孔１４ｂは、下部プレート１４の端部１４ｃに開口してジョイント部１６と接続されている。下部プレート１４には、複数の吸引ノズル１７が各Ｘ溝部１３ａの列に対応した位置に装着されており、吸引ノズル１７の上端部はＸ溝部１３ａ内に突出している。ここで、図７（ａ）に示すように、吸引ノズル１７の上端部はＸ溝部１３ａの内面（天井面）との間の間隔ｄ１が、Ｘ溝部１３ａの深さの１／２以下になるような突出状態に設定される。
【００２８】
次に図４、図６を参照して、吐出ヘッド９の内部構造を説明する。図６において、ノズルプレート１９にはＹ端面に開口する液供給孔１９ｂが設けられており、液供給孔１９ｂはノズルプレート１９をＸ方向に貫通して設けられた液分配孔１９ｃに連通している。さらにノズルプレート１９には、複数のＸ流路孔１９ｄが液分配孔１９ｃと平行のＸ方向に貫通して設けられている。Ｘ流路孔１９ｄは、吐出ヘッド９に設けられた水平な流路である。
【００２９】
Ｘ流路孔１９ｄには、左側（一端部側）および右側（他端部側）の所定範囲を除いて設定されたノズル範囲Ｎに、格子配列の一列を形成する複数の吐出ノズル２２が長手方向（Ｘ方向）に沿って設けられている。そして相隣接する２つのＸ流路孔１９ｄの中間には、吐出ノズル２２のＸ方向の位置に対応して、吸引ノズル１７を挿通させるための開口部１９ａが設けられている。ここで、図７（ｂ）に示すように、吐出ノズル２２の上端部はＸ流路孔１９ｄの内周面との間の間隔ｄ２が、Ｘ流路孔１９ｄの直径の略１／２以下になるような突出状態に設定される。
【００３０】
ノズルプレート１９には、第１の側プレート１８Ａ、第２の側プレート１８Ｂが、ノズルプレート１９を両側から挟み込んで結合されている。第１の側プレート１８Ａ、第２の側プレート１８Ｂには、それぞれＹ方向に連通した第１のＹ流路２３Ａ、第２のＹ流路２３Ｂが設けられており、液分配孔１９ｃ、Ｘ流路孔１９ｄに対応した位置にはそれぞれ連通口２４ａ、供給口２４ｂが開口されている。これにより、第１のＹ流路２３Ａ、第２のＹ流路２３Ｂは液分配孔１９ｃ、Ｘ流路孔１９ｄに連通し、Ｘ流路孔１９ｄには両側の供給口２４ｂを介して洗浄液が供給される。すなわち吐出ヘッド９は、Ｘ流路孔１９ｄに洗浄液を供給する供給口２４ｂを相互に隔てた２箇所に設けた構成となっている。
【００３１】
図６に示すように、ノズルプレート１９には吸引流路１９ｅがノズル範囲Ｎの中間部に位置してＹ方向に設けられている。吸引流路１９ｅの厚み方向の位置はＸ流路孔１９ｄと部分的に相貫するように設定されており、この相貫部分は吸引流路１９ｅとＸ流路孔１９ｄとを相互に連通させる開口１９ｆとなっている。吸引流路１９ｅはノズルプレート１９のＹ端面に開口しており、吸引流路１９ｅと連通してジョイント部２１が取り付けられている。ジョイント部２１は吸引機構１２と接続されており、ジョイント部２１を介して吸引機構１２から吸引することにより、開口１９ｆを介して各Ｘ流路孔１９ｄが吸引される。これにより、洗浄液吐出を反復する過程で流路内に侵入して停留した気泡を除去することができる。
【００３２】
次に、吐出ヘッド９内における洗浄液の流動経路について説明する。図６において、ジョイント部２０を経て洗浄液供給装置１１から供給される洗浄液は、液供給孔１９ｂから液分配孔１９ｃに流入する際に左右方向に分かれ、両側の連通口２４ａを介して第１のＹ流路２３Ａ、第２のＹ流路２３Ｂ内に流入する。そして流入した洗浄液は、第１のＹ流路２３Ａ、第２のＹ流路２３Ｂ内をＹ方向に流動する途中で、各供給口２４ｂからそれぞれのＸ流路孔１９ｄ内に両側から流入する。そして両側からＸ流路孔１９ｄに流入した洗浄液は、列状に配列された各吐出ノズル２２から吐出される。
【００３３】
ノズルプレート１９の下面側には摩擦係数が小さい樹脂材質より成るガイドプレート２５が貼着されており、ガイドプレート２５には開口部１９ａの位置に対応して吸引ノズル１７が挿通可能な摺動孔２５ａが設けられている。この摺動孔２５ａは吸引ノズル１７が吐出ヘッド９を貫通して上下動する際のガイドとして機能する。
【００３４】
ここで、図８を参照して、吸引ノズル１７と吐出ノズル２２の配置について説明する。図８は対応する１組の吸引ノズル１７と吐出ノズル２２を示しており、これらのノズルは、吸引ノズル１７の下端部の吸引口１７ａと吐出ノズル２２の下端部の吐出口２２ａとの間の間隔Ａよりも、ノズルプレート１９における吐出ノズル２２の保持位置とノズルプレート１９における吸引ノズル１７の貫通位置との間の間隔Ｂの方が大きくなるように配置されている。このような配置を採用することにより、ノズルプレート１９におけるＸ流路孔１９ｄを、開口部１９ａから離れた位置に形成することが可能になり、Ｘ流路孔１９ｄや開口部１９ａの加工を容易に行うことができる。
【００３５】
そして吐出ノズル２２は、吸引ノズル１７に対して鋭角の交叉角度αで交叉し、その下端部の吐出口２２ａは、吸引ノズル１７の下端部の吸引口１７ａよりも上方且つ吸引ノズル１７の外側面の近傍に位置する配置となっている。吐出口２２ａの位置は、吐出口２２ａに形成される洗浄液の液滴が吸引ノズル１７の外側面に接触可能な位置である。そして吐出ノズル２２と吸引ノズル１７の交叉角度αは、後述するように吐出口２２ａから吐出された洗浄液をウェル３ａの内側面に衝突させ得るような角度に設定されている。
【００３６】
ウェル３ａの底面には、評価の対象となる細胞等の評価対象物が付着しているが、吐出ノズル２２から吐出する洗浄液の勢いで評価対象物を剥離させてしまう危険がある。本実施の形態では吐出ノズル２２から吐出する洗浄液をウェル３ａの内側面に衝突させて洗浄液の勢いを弱めるので、評価対象物をウェル３ａ底面から剥離させることなく洗浄することができる。
【００３７】
本実施の形態では、真直な吐出ノズル２２を吸引ノズル１７に対して傾斜させてノズルプレート１９に装着しているので、曲げ加工による吐出ノズル２２の内孔が変形する心配がなく、各吐出ノズル２２間での吐出量のばらつきを少なくすることができる。
【００３８】
次に図９を参照して、マルチノズル型洗浄装置によるウェル３ａの洗浄動作について説明する。まずマイクロプレート３を位置合わせして洗浄対象のウェル３ａを吸引ノズル１７、吐出ノズル２２の直下に位置させる。次いで吸引ヘッド８、吐出ヘッド９をともに下降させ、吸引ノズル１７、吐出ノズル２２の下端部をウェル３ａの開口端近傍に位置させる。そして図９（ａ）に示すように、吸引ノズル１７と所定の交叉角度α（図８参照）で交叉した姿勢の吐出ノズル２２の吐出口２２ａから洗浄液２６を吐出させる。そして吐出された洗浄液は、ウェル３ａの内側面に衝突して洗浄しながら内側面に沿ってウェル３ａ内に注入される。
【００３９】
所定量の洗浄液２６を注入したならば、図９（ｂ）に示すように、吸引ノズル１７を下降させて下端部をウェル３ａの底面近傍に位置させる。そしてこの状態で、吸引ノズル１７から洗浄液２６を吸引し、外部に排出する。図９（ａ）の吐出動作と図９（ｂ）の吸引動作を複数回繰返すことによりウェル３ａ内に残る余剰試料等を除去する。この後、ウェル３ａ内における洗浄液２６の残液量が減少したならば、図９（ｃ）に示すように、マイクロプレート３を移動させてウェル３ａの底面のコーナ部に吸引ノズル１７の下端部を位置させる。これにより、残液が生じやすいウェル内のコーナ部から洗浄液２６の残量を吸引して排出することができる。
【００４０】
次に図１０を参照して、吐出ノズル２２から液体を吐出する過程において実行される液滴吸引動作について説明する。吐出ノズル２２からの液体吐出においては、洗浄液供給装置１１を停止して洗浄液の供給を停止した後にも、吐出ノズル２２の下端部２２ａから幾分かの液体が図１０（ａ）に示すように滴下し、ウェル３ａ内に落下する現象が生じる。このような液滴２６ａの滴下は試験結果の誤差を招く場合があるため、極力排除することが望ましい。
【００４１】
このため、本実施の形態では、以下に示すような方法で液滴吸引を行うようにしている。すなわち、吐出ノズル２２と吸引ノズル１７の相互配置においては、前述のように吐出口２２ａと吸引孔１７ａとを極力接近させて配置し、図８に示すような配置としていることから、図１０（ｂ）に示すように、吐出口２２ａから滴下する液滴２６ａは吸引ノズル１７の外側面に接触する。そしてこの状態で吸引ノズル１７からの吸引を行うことにより、吸引ノズル１７の外側面を伝って下降する液滴２６ａを、図１０（ｃ）に示すように吸引ノズル１７によって吸引することができ、液滴２６ａをウェル３ａ内に落下させることなく排出することができる。
【００４２】
上記説明したように、本実施の形態に示す液体吸引装置では、ウェル３ａ内を吸引ノズル１７によって吸引する吸引ヘッド８の内部構造において、複数の吸引ノズル１７をＸ溝部１３ａに装着する形態を、複数の吸引ノズル１７を下方からＸ溝部１３ａに挿入するとともに、挿入された吸引ノズルの上端部をこのＸ溝部１３ａ内に突出させるようにしている。これにより、吸引ノズル１７の上端部は吸引動作においてＸ溝部１３ａ内に吸引された液体の液面から上側に突出し、したがってＸ溝部１３ａ内に残留する液体が吸引ノズル１７を逆流して吸引ノズル１７の下端部から液滴となって落下する「液垂れ」を防止することができる。
【００４３】
また、本実施の形態に示す液体吐出装置では、洗浄液供給装置１１による液体供給停止後に、各Ｘ流路孔１９ｄの中間部に接続された吸引流路１９ｅから吸引することにより、吐出ヘッド９内に残留する液体を吸引して排出することができる。これにより、液体供給停止後になお吐出ノズル２２の吐出口２２ａから余分に吐出される液体が液滴となって落下する「液垂れ」を防止することができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、液体供給手段による液体供給停止後に、吸引手段により流路内を吸引することにより、ノズルから余分に吐出される液体が液滴となって落下する液垂れを防止し、安定した洗浄操作を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のマルチノズル型洗浄装置の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態のマルチノズル型洗浄装置の構成説明図
【図３】本発明の一実施の形態のマルチノズル型洗浄装置の洗浄部の分解斜視図
【図４】本発明の一実施の形態のマルチノズル型洗浄装置の洗浄部の断面図
【図５】本発明の一実施の形態のマルチノズル型洗浄装置の吸引ヘッドの平面図
【図６】本発明の一実施の形態のマルチノズル型洗浄装置の吐出ヘッドの平面図
【図７】（ａ）本発明の一実施の形態のマルチノズル型洗浄装置の吸引ヘッドの断面図
（ｂ）本発明の一実施の形態のマルチノズル型洗浄装置の吐出ヘッドの断面図
【図８】本発明の一実施の形態のマルチノズル型洗浄装置の吸引ノズルおよび吐出ノズルの部分拡大図
【図９】本発明の一実施の形態のマルチノズル型洗浄装置による洗浄動作の説明図
【図１０】本発明の一実施の形態のマルチノズル型洗浄装置による液滴吸引動作の説明図
【符号の説明】
１プレート保持部
２プレート載置テーブル
３マイクロプレート
３ａウェル
４昇降機構
５洗浄ヘッド
８吸引ヘッド
９吐出ヘッド
１１洗浄液供給装置
１２吸引機構
１７第２のノズル
２２第１のノズル
２５ガイドプレート
２６洗浄液

Claims

液体供給手段に接続された水平な流路に複数の管状のノズルを装着し、これらのノズルから液体を吐出する液体吐出装置であって、前記複数のノズルを下方から前記流路に挿入するとともに、挿入されたノズルの上端部をこの流路内に突出させ、また前記流路の上側にこの流路と連通する開口を設け、この開口から前記流路内を吸引する吸引手段を備えたことを特徴とする液体吐出装置。
前記流路に液体を供給する供給口を相互に隔てた２箇所に設け、前記複数のノズルをこれらの２箇所に挟まれた位置に設定されたノズル範囲に配列するとともに、前記開口を前記ノズル範囲の中間部に設けたことを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。