JP3946639B2 - 精密液体ハンドラー用プレートロケーター - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の背景）
本発明は医薬、薬剤開発及び同様な研究室向けの精密液体ハンドラーに関し、特に、サンプルウェルプレートを液体ハンドラー内に保持し、正確に位置決めするためのプレートロケーターに関する。
【０００２】
（従来技術の説明）
医薬、ゲノム及びタンパク質研究所及び薬剤開発研究所、及び他のバイオテクノロジーの適用では、自動液体ハンドラーが種々の研究手順において実験サンプルを取り扱うのに使用される。例えば、液体ハンドラーはバイオテクノロジー及び医薬の液体検定手順、サンプルの準備、化合物の分配、マイクロアレイの製造等に使用される。自動液体ハンドラーがサンプル容器のアレイを支持する作業ベッドを有する。多くのサンプル収容容器すなわちウェルの一体のアレイを有するワンピースのサンプル収容プレートが広く使用されている。典型的な液体ハンドラーが、液体をウェルに加えるような液体取扱い作業を行うために、移動されて１つまたは２つ以上のウェルと整合させるプローブまたは多プローブのアレイを有する。
【０００３】
自動液体ハンドラーで処理されるサンプルの体積を減少させることが望ましい。約３．５インチ×５インチの面積を有し、且つ８×１２ウェルパターンに９６ウェルのＸＹアレイを有するサンプル収容プレートが広く使用されてきた。処理量を増加させ、サンプル成分の消費を減少させるために、これらのプレートは同じ面積であるが、より小さなウェル、例えば、１６×２４アレイに３８４ウェルのアレイを有するマイクロプレートに取り替えられている。この傾向は続いており、ナノリットル範囲のサンプル容積用の非常に多数の非常に小さい容積のウェルの高密度アレイを有するマイクロタイタープレートに順応できる自動液体ハンドラーの要望がある。例えば、現在使用されている、あるマイクロタイタープレートは以前に使用されたプレートと同じ面積を有するが、３２×４８ウェルアレイに１５３６ウェルを有する。
【０００４】
小さくて、間隔の密なウェルの稠密なアレイを備えたマイクロタイタープレートは、自動液体ハンドラーについて重大な問題を提起する。作業中、ハンドラーは多プローブアレイの各々のプローブを対応する数のサンプル収容ウェルと正確に整合させる程正確でなければならない。ウェルの寸法及びスペースが減少するにつれて、自動ハンドラーが液体取扱い用プローブを選択されたサンプル収容ウェルの真上に確実に配置することはもっと難しくなる。
【０００５】
プレート及びウェルをハンドラーの作業ベッドに位置決めする際の誤差の限界、及びプローブをプレート及びウェルに対して位置決めするための限界は、ウェルアレイ密度が増すにつれて減少する。問題の１つの側面は、プレート及びウェルを作業ベッドに正確に且つ一貫して位置決めすることである。手動調節クランプ又はワークホルダーを使用するような対策は、サンプル収容プレートを作業面に正確に位置決めすることができるが、この種の装置は処理用プレートのベッドを液体ハンドラー内で調整するのに、高度の作業技術及び注意、多くの細かい手作業、及び過度の時間消費を要する。さらに、この種の装置はプレートをベッド上に自動的にロボット配置するにはあまり適していない。使用するのに簡単且つ迅速であり、オペレータの高度な技術を必要とせず、ロボット配置に順応し、サンプル収容プレートを液体ハンドラーの作業ベッド上に正確に保持し、且つ位置決めするプレートロケーターを提供することが望ましい。
【０００６】
（発明の概要）
本発明の主目的は、サンプル収容プレートを精密液体ハンドラーの作業ベッド上に位置決めし、且つ保持するための改良プレートロケーターを提供することである。他の目的は、正確なプレート位置決めを一貫して成し遂げるプレートロケーターを提供し、使用しやすく、プレートを作業ベッドに配置するのに高度な注意又は技術を必要としないプレートロケーターを提供し、プレートを作業ベッド上にロボット配置するのに適したプレートロケーターを提供し、簡単且つ安価であり、しかも信頼性があり、また頑丈であるプレートロケーターを提供することである。
【０００７】
要するに、本発明によれば、マイクロプレートのようなサンプル収容ウェルのアレイを有する４つの側面を備えたプレートを、プレートの少なくとも１つのウェルと整合可能な少なくとも１つのプローブを有する精密液体ハンドラーの作業ベッド上に位置決めし、且つ保持するためのプレートロケーターを提供する。プレートロケーター装置は、精密液体ハンドラーの作業ベッドに取り付けられるようになっている平らなプレーナーロケーターを有する。ロケーターベッド上のプレート受け入れ用ネストは、４つの側面付きプレートの４つの側面に相当する４つの側面を有する。ネストは、ネストの第１及び第２側面にベッドから上方に延びる剛性停止部材と、ネストの第１及び第２側面における剛性停止部材と向かい合った、ネストの第３及び第４側面でベッドから上方に延びる可動的に取付けられたホルダーと、を有する。ホルダーをネストの中心に向かって押すための弾性付勢要素が、ベッドと可動的に取付けられたホルダーの各々との間に連結されている。
【０００８】
本発明は、上述及び他の目的及び利点と共に、図面に示された本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明から最も理解される。
【０００９】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
今、図面、そしてまず、図１を参照すると、全体的に２０として指示した自動精密液体ハンドラーの例が、簡単な概略的な形態で示されている。液体ハンドラー２０は、プローブホルダー２６を担持しているＸＹＺ位置決め装置２４の下にテーブル又は作業ベッド２２を含む。ロケーターベッド２８が作業ベッド２２の表面に取り付けられている。ロケーターベッドはサンプル収容プレート３２を保持するための多数のネスト３０を含む。プローブホルダー２６は位置決め装置２４によってプレート３２上の所定位置に移動される個々のプローブ３４を支持する。以下に説明するように、ネスト３０のそれぞれは全体的に３６として指示され、本発明の原理により構成されたプレートロケーター装置を含む。
【００１０】
ＸＹＺ位置決め装置２４はプローブホルダー２６を作業ベッド２２上で移動させ、プローブホルダー２６を作業ベッド２２に対して所定位置に高精度で位置決めする。装置２４は、適当な支持体４０によって作業ベッド２２上で且つその後部に取り付けられたＸ駆動アセンブリー３８を含む。エンコーダー４４付きのＸ駆動モータ４２が、Ｘアーム４６内の機構を作動し、Ｙアーム４８をＸ方向に左右に移動させる。Ｙ駆動アセンブリー５４の、エンコーダー５２付きのＹ駆動モータ５０が、Ｙアーム４８内の機構を作動し、Ｚアーム５６をＹ方向に前後に移動させる。Ｚ駆動アセンブリー６２の、エンコーダー６０付きのＺ駆動モータ５８が、Ｚアーム５６内の機構を作動し、プローブホルダー２６をＺ方向に上下に移動させる。プログラム可能なコントローラー６３がケーブル（図示せず）によってモータ４２，５０，５８に、及びエンコーダー４４，５２，６０に接続される。コントローラー６３は、コントローラーのメモリーに保存され、及び又は遠隔源からコントローラーに伝達されるプログラムされた指令にしたがってプローブホルダー２６の動作を制御することのできるマイクロプロセッサーに基づく作動システムを含むのがよい。図示したエンコーダー４４，５２，６０の代わりに直線エンコーダーを使用してもよい。
【００１１】
各プレートロケーター装置３６は、多くの個々のサンプル収容ウェルのアレイを含むプレート３２を作業ベッド２２上に位置決めしてそれを保持する。プレート３２は約３．５インチ×５インチの面積を有し、周知のプレートは８×１２ウェルパターンの９６ウェルのＸＹアレイ、又は１６×２４アレイのより小さい３６４ウェルのアレイ、もしくは３２×４８ウェルパターンの１５３６ナノリットル体積ウェルのアレイを有するのがよい。この最後の形態のプレート３２の断面図が、１２本の個々のプローブ３４を担持しているプローブホルダー２６と一緒に図２に見られる。このプレート３２は４８のサンプルウェル６６を有する３２列を含み、１つの列６４が図２に見られる。各ウェル６６は１．２ｍｍの幅を有し、中心から中心までのウェル間隔は２．２５ｍｍである。各プローブ３４の直径は１．１ｍｍであり、中心から中心までのプローブ間隔は９ｍｍ又は、５ウェルである。
【００１２】
各プローブ３４は液体を０．２ｍｍの液滴サイズで放出することができる。プローブホルダー２６は、プローブ３４の下に整列される１２個のウェル６６に液体を分配するために、図２に示す位置まで移動される。次いで、プローブホルダー２６は、ＸＹＺ位置決め装置２４によって移動されてプローブ３４を別の組のウェル６６と整合させる。この方法で、プレート３２のウェル６６のうちのいくつか又はすべて、及びプレート３２のうちのいくつか又はすべてに、液体を供給することができる。小さいウェル寸法及び間隔と、小さいプローブの寸法及び間隔のために、高精度が要求される。ＸＹＺ位置決め装置がプローブ３４をウェル６６と整合させるのために、ウェル６６の位置、かくしてプレート３２の位置は正確に決定されなければならない。これは本発明のプレートロケーター３６によって成し遂げられた結果である。
【００１３】
図３はロケーターベッド２８、好ましくは、ロケーターベッド２８の位置を正確に調節して作業ベッド２２上に固定することができるように３つの水準位置決め箇所６８で液体ハンドラー２０の作業ベッド３２に締結されたアルミニウムのような金属の厚くて、安定なパネルを示す。ロケーターベッド２８はプローブリンスステーション７０と、位置決め装置２４の動作を初期設定するためのプローブ位置を評価するのに使用することができるプローブロケーターソケット又は管７２と、を含む。ロケーターベッド２８はまた３×４ネストパターンの１２個のトレイネスト３０のアレイを含む。各ネスト３０は、プレート３２を保持するプレートロケーター装置３６を含む。各プレート３２は図２に示すような１５３６個のマイクロタイタープレートであってもよいし、他の形態であってもよい。ウェルの寸法及び形態にかかわらず、各プレートは一貫した周知の寸法及び形状の４つの側面付きベース７４を有する。
【００１４】
プレートロケーター装置３６を備えたネスト３０は図４及び図５でより詳細に見られる。プレートロケーター装置３６は、４つの側面を備えたトレイベース７４の２つの側面７４Ａ，７４Ｂと係合可能な剛性停止部材７６を有し、残りの２つの側面７４Ｃ，７４Ｄに可動ホルダー７８を有する。プレート３２をネスト３０の中に配置するとき、可動ホルダー７８は側面７４Ｃ，７４Ｄと接触し、外方に移動され、ベース７４の下方移動を可能にし、ついにはベース７４がロケーターベッド２８の上面８０に載る。この着座位置では、側面７４Ａ，７４Ｂは剛性停止部材７６と係合する。剛性停止部材７６は既知位置でロケーターベッド２８に固定され、そして剛性停止部材７６は、それらがベース７４の２つの側面に接触するのでプレート３２の位置を決定する。その結果、プレート３２をネスト３０内に着座させたとき、プレートは正確に固定された既知の位置にあり、位置決め装置２４及びプローブ３４によってウェル６６には確実にアクセスすることができる。
【００１５】
剛性停止部材７６は停止ポスト８２である。その１つを図８に詳細に示す。ねじ穴８４が正確に決定された位置で上面８０に作られる。穴８４は円錐形の上部分８６を有する。ポスト８２は中心穴８８と、穴部分８６の形状に合う円錐形ベース９０と、を有する。ベース９０は穴部分８６に着座し、このことによってポスト８２は表面８０上に位置決めされる。穴８８内に受け入れられる押さえねじ９２が穴８８にねじ込まれ、ポスト８２を適所に取り付ける。ポスト８２はその中心軸線を中心に対称であり、全長にわたって円形横断面を有し、いかなる回転位置にでも取り付けることができる。
【００１６】
可動ホルダー７８は付勢ポスト９２であり、図９ないし図１１に詳細に見られる。各ポスト９２に関して、ねじ穴９４が正確な位置で上面８０に作られる。スタッド９６が穴９４にねじ込まれ、スタッド９６がポスト９２の中心穴９８に受け入れられて、付勢ポスト９２はスタット９６上に配置される。スタッド９６及びポスト９２はそれらの中心軸線を中心に対称であり、全長にわたって円形の横断面を有し、いかなる回転位置にでも取り付けることができる。
【００１７】
スタッド９６内、及びポスト９２の内部の向かい合わせの溝１００，１０２は、フープばね１０４を収容するばねチャンバーを構成する。フープばね１０４はばね受け入れ溝の環形状と同一の環形状を有するワイヤ巻コイルばねであり、個々の巻きは円形のばね軸線を取り囲む。フープばね１０４はポスト９２をスタッド９６及びポスト９２の軸線が一致する中央位置に弾性的に付勢し、ポスト９２で復元力を維持しながらポスト９２をこの中央位置から横方向にずらすことができる。
【００１８】
図６はプレート３２がネスト３０に入るときのプレート３２を示す。停止ポスト８２は傾斜した、テーパー付き上部分１０６を有し、ポスト９２は傾斜した、テーパー付き上部分１０８を有する。表面１０６，１０８はプレート３２が表面８０に向かって下方に移動するとき、プレート３２のベース７４を受け入れ、且つこれを案内する。表面１０８はカムとして作動し、下降するベース７４は付勢ポスト９２をフープばね１０４の力に抗して外方に押す。停止ポスト８２は表面８０のすぐ隣りに円筒形の下部分１１０を有し、また付勢ポスト９２は表面８０のすぐ隣りに円筒形の下部分１１２を有する。ベース７４が表面８０に向かうそのホーム位置に達するとき、ベースの縁（すなわち図７の縁７４Ｂ，７４Ｄ）はこれらの円筒表面１１０，１１２に接触し、ベースが表面８０から持ち上げられることはない。
【００１９】
ポスト８２，９２の初期位置では、円筒部分１１０と円筒部分１１２との間の間隔はプレート３２のベース７４の長さ幅よりもわずかに小さい。完全に入れ子状に収まった、プレート３２のホーム位置では、図９及び図１０を比較すれば明らかなように、フープばね１０４は付勢ポスト９２とベース７４との接触点を貫いて延びる半径方向ラインの領域で圧縮される。付勢ポスト９２によってベース７４に付与された弾性力は、ベース７４をベース７４の反対側で停止ポスト８２に対してしっかりと保持する。したがって、停止ポスト８２及び付勢ポスト９２のシステムは下降するプレート３２を適所に案内し、プレート３２の入れ子状に収容された位置を正確に決定する。
【００２０】
各ネスト３０は、３つの停止ポスト８２と、２つの付勢ポスト９２と、を含む（図３ないし図５）。２つの停止ポスト８２は、ベース７４の長い方の側面のうちの片方７４Ｂの両端近くに配置される。第３の停止ポストが、側面７４Ｂとのコーナー近くで隣接した側面７４Ａに配置される。これらの３つのポストは、ネスト内に保持されたプレート３２に関して明白な一定位置を構成する。ベース７４が３つの停止ポスト８２に接触するとき、意図した位置からのプレート３２の回転又はずれは起こらない。２つの付勢ポスト９２は、停止ポスト８２によって係合された側面７４Ａ，７４Ｄと反対側の２つの側面７４Ｃ，７４Ｄに配置される。これら２つの付勢ポスト９２は、２つの垂直な方向に力を付与してベース７４を３つの停止ポスト８２にしっかりと押し付ける。このことは、製作及び組立に費用のかからない単純構成を提供する。
【００２１】
プレート３２を正確な既知位置に保持する場合ネストにプレート３２を配置するのに特別な技術又は注意を必要としない。加えて、プレートがこの上面に係合する構造物によって適所に掛け止め又は係止されないので、プレートを簡単な持上げ運動で取り外すことができる。本発明のプレートロケーター装置３６は、プレートの最終的な位置決めがロケーターベッド２８と関連したプレートロケーター３６によって行われ、人又はトレイを表面８０に配置する機械によって行われないので、ロボット的なプレート配置及び取り外しに大変適している。ロボット的な配置及び取り外しを容易にするために、各ネスト３０はネストの両側で表面８０に凹部１１４を含む。凹部１１４はベース７４の縁を把持するための隙間を作る。
【００２２】
図面に示す本発明の実施形態の詳細を参照して本発明が説明されたけれども、これらの詳細は添付された特許請求の範囲で請求されたように発明の範囲を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のプレートロケーターを使用する精密自動液体ハンドラーの簡単な概略斜視図である。
【図２】 マイクロプレートのウェルと整合したプローブを示す図１の精密液体ハンドラーのプローブキャリヤ及び多プローブの断片的な拡大正面図である。
【図３】 各々が本発明により構成されたプレートロケーターを有するプレートネストのアレイを含む、図１の精密自動液体ハンドラーの作業ベッドの平面図である。
【図４】 図３の作業ベッドのプレートネストの１つの後部平面斜視図であり、プレートがネストの中に配置される前の空のネストを示す。
【図５】 プレートが適所に配置されているネストを示す図４と同様な図である。
【図６】 プレート及び、プレートがネスト上に位置決めされている、ネストの部分を示す図３の線６−６による側面図である。
【図７】 ネスト内で適所のプレートを示す図６と同様な図である。
【図８】 図７の線８−８における、ネストの剛性停止部材の拡大断面図である。
【図９】 プレートがネスト上に位置決めされている図６の位置におけるネスト及びプレートを示す図３の線９−９における断片的な拡大平面図である。
【図１０】 ネスト内の適所にあるプレートを示す図９と同様な図である。
【図１１】 ネストの可動ホルダーの分解断面図である。
【図１２】 ネストの可動ホルダーのフープばねの拡大平面図である。

Claims (4)

1. ロケーターベッドと、
   前記ベッドから上方に延びる剛性停止部材及び可動的に取り付けられたホルダーによって少なくとも部分的に構成された、ロケーターベッド上の１つ以上のトレイネストと、を有し、
   複数の可動的に取り付けられたホルダーのうちの一つの可動的に取り付けられたホルダーは、付勢ポストと、フープばねとを有し、フープばねは、プレートがトレイネストに位置決めされたときプレートを剛性停止部材に向けて付勢するように付勢ポストに配置され、さらに、フープばねは、複数の巻きを備えた環形状を有し、そのフープばねの巻きは、その環形状により定められる軸線を取り囲むように形成されていることを特徴とするプレートロケーター。
2. ロケーターベッドは精密液体ハンドラーの作業ベッドに取り付けられるようになっている、請求項１に記載のプレートロケーター。
3. 剛性停止部材はトレイネストの第１及び第２側面でロケーターベッドから上方に延び、
   可動的に取り付けられたホルダーは、剛性停止部材と向かい合った、トレイネストの第３及び第４側面でロケーターベッドから上方に延びる、請求項１に記載のプレートロケーター。
4. サンプル収容プレートを請求項１に記載のプレートロケーターに配置することからなる、プレートの位置決め方法。

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