JP4001746B2 - 分配ヘッドにピペットチップを装填するための手段を有する分配装置 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の背景）
（１．発明の分野）
本発明は、固体分配ブロックから容器へ制御された量の液体を吸引および分配するための装置を提供し、この装置は、分配ブロックヘッド内の内部シリンダーへ、その外径上を密閉するために設計されたピペットチップを装填するための手段を備える。
【０００２】
（２．先行技術の記述）
１９９６年３月１２日に発行された米国特許第５，４９７，６７０号（そこに記載される主題は、本発明の発明者によって発明された）は、分配シリンダー上に、ピペットプレートによって運ばれるピペットチップを装填するための手段を含む、改良された分配ヘッド装置を開示し、その装填する力は、装置の操作サイクルの間に保持され、従って、ハーメチックシールを確実にする。ピペットチップは、チッププレート上に手で置かれ、プレートは、分配装置内をスライドする。
【０００３】
前述の特許に記載されたピペットチッププレートホルダーは、その中に記載される装置と共に使用される場合、多くの利点を提供するが、その使用に関する特定の欠点がある。具体的には、ピペットチップスライドプレートが汚染され得るという可能性がある。最も重要なことは、ピペットチッププレート構成が、ロボット操作または自動化に容易に適合されない。
【０００４】
１９９６年１１月１８日に出願された米国特許出願番号０８／７５１，８５９（この中に記載される主題もまた、本発明の発明者によって発明された）は、前述の特許に開示される装置と類似の、しかしある程度改変された自己収納ヘッド分配装置を提供し、この中で開示されるピペットチッププレートは、より高価ではなく、より汚染されにくいより従来のピペットチップキャリアで置換されており、そしてこのキャリアは、ロボット操作または自動化に容易に適応される。
【０００５】
８×１２の配列で中心間隔が９ｍｍの９６個のウェルを典型的に有するマイクロプレートは、ほとんどの分配装置と共に典型的に使用される。初期の先行技術の分配デバイスは、一つのディスペンサーで始まり、そして９６個のウェルの各々に分配するためにＸ−Ｙ方向に９６回移動した。時間と共に、分配デバイスは、１列（１列あたり８または１２ウェル）を含むように加えられ、その時は、全プレートを満たすために８回または１２回のいずれか指標を付けた。一度に全プレートを満たすための９６の分配装置デバイスは、例えば、上記の’６７０号の特許において開示される。
【０００６】
マイクロプレートは、最近設計が変化した。より高い生産速度およびより大きな貯蔵ライブラリーは、より高い密度形式を必要とした。その９ｍｍの間隔を有する９６ウェル形式は、４．５ｍｍの間隔を有する３８４まで増加した。３８４マイクロプレートは、８６４まで増加し、そして現在２．２５ｍｍ間隔を有する１５３６まで増加した。これらの異なる密度プレートは、同じフットプリント（長さ、幅）を有する。
【０００７】
’８５９号出願において開示される分配方法において、シリンダーの外側に合致し、そして小さな点へとテイパー状になるピペットが使用される。ほとんどのピペット分配システムは、ピペット内径（「ＩＤ」）からシリンダー外径（「ＯＤ」）への適切な流体シールを確実にするために、「Ｏ」リングを用いて分配ヘッドで使用されるシリンダーに連結される。典型的なピペットは、そのＩＤ上で密閉し、従って、ピペットのＯＤを形成する。典型的なＯＤは、４．５ｍｍより大きく、従って、３８４（４．５ｍｍ間隔）のような分配のより高い密度形式を有する使用を困難にする。なぜなら、３８４マイクロプレートは、４．５ｍｍの間隔を有し−従って、３８４形式上で使用されるピペットは、４．５ｍｍより小さなＯＤを有しなければならないからである。
【０００８】
先行技術の分配デバイスは、’６７９号の特許に開示されるもののように、別のシリンダー（各ピペットに対して１つ）、合計９６のシリンダーを使用する。これは、ピペットのＩＤに連結する最も簡単な方法である。そのＯＤ上を密閉するピペットが設計される場合、新しい分配ヘッド設計が必要である。これは、密閉方法、装填方法、および脱着方法を含む。
【０００９】
従って、所望されることは、装填および脱着の手段を伴い、その外径上を密閉させる新しいピペット設計を提供すること、および統合固体ブロックを基本的に含み、そして個々のシリンダーを必要としない新しい分配装置を提供することである。
【００１０】
（発明の要旨）
本発明は、自己収納分配ヘッド装置を提供し、ここで、ピペットチップボックストレイキャリアは、標準的なピペットチップボックス内に備えられるピペットチップをヘッド装置に備え付けるために利用され、そしてピペットチップがこの装置の対応する内部シリンダー（開口部）に装填される形式で、トレイキャリアを係合させるための手段が提供される。分配ブロックヘッドは、密閉配置にピペットチップを係合させるための複数の内部シリンダーを有する材料の固体ブロックを含む。
【００１１】
ピペットチップは、円板形のリング部分がピペットの一端に隣接して配置され、上部のテイパー状の部分は、分配ヘッド内部シリンダーを、その部分と共にシールを形成させる点において、従来の設計から改変される。
【００１２】
従って、本発明は、液体を第１のマイクロプレートから吸引し、そして種々のアレイ形式を用いて第２のマイクロプレートへ分配し得る分配ヘッド装置を提供し、分配ブロックヘッドは、一つの固体ブロックから形成され、従って、製造コストを実質的に減らす。分配ヘッドはまた、内部シリンダーの密なアレイを提供させ、従って、より高い密度形式のマイクロプレートを適合させる。
【００１３】
（発明の説明）
基本的な液体分配装置、および特に、チップボックストレイキャリア２２のような種々の成分を動かすために使用される装置は、１９９６年１１月１８日に出願された米国特許出願番号０８／７５１，８５９に記載され、そして簡潔さのために、本明細書中で繰り返さない。続く議論は、新しいピペットチップ設計および分配ヘッド装置に向けられ、両方とも３８４マイクロプレート（およびそれらの倍数）が、液体を受けそして分配するために使用することを可能にする。
【００１４】
本発明は、外径（ＯＤ）で密閉し得、そして自動チップ装填および脱着（非装填）を可能とする新しいピペットチップに関する。さらに、分配ヘッド装置は、液体を一度に３８４のマイクロプレートへ、あるいは、複数の動作によって、１５３６のマイクロプレートへ分配または吸引し得る新しいピペット分配ブロックヘッドを組み込む。動作プレートは、本発明の主題ではないが、９６から３９４、または３８４から１５３６のマイクロプレートの移動の反復のために指標を付けるために使用され得る。分配ブロックヘッドは、出願番号０８／７５１，８５９に記載される設計に必要とされるような３８４の別のシリンダーではなく、一つの固体ブロックから組み立てられていて、従って、基本的に、シリンダーヘッドとして機能する。
【００１５】
図１は、本発明の分配ヘッド装置１０の簡略化した正面図である。分配ヘッド装置１０は、新しい分配ブロックヘッド２６およびピペットチップ２０を除いて、’８５９号出願に記載される装置と基本的に同一である。特に、分配ヘッド装置１０は、ピストンプレート１２、蹄鉄形プレート１４、移動可能ピペットチップボックスキャリアを装填するプレート１６、３８４ピペットチップボックス１８、ピペットチップ２０、ピペットチップボックストレイキャリア２２、ピペットチップボックストレイキャリアを装填するピン２４、および分配ブロックヘッド２６を備える。浮動ストリッパープレート３０は、本明細書に後でより詳細に記載されるが、これもまた、分配ヘッド装置１０にとって新しい。
【００１６】
図６および図７は、図１に示される分配ブロックヘッド２６と共に装填されるべき位置に配置されたピペットチップ２０の上部のテイパー状部分２を図示する。ピペットチップ２０は、プラステック材料で形成され、分配ブロックヘッド２６に装填される場合、図７に示されるような密閉境界７を形成するように適合される上部のテイパー状部分２を備える。上部のテイパー状部分２はまた、図２に示されるようなチップ装填の間、ピペットチップ２０を分配ブロックヘッド２６に形成された内部シリンダー１３へ中心を合わせるように機能する（例示される図において、分配ブロックヘッド２６は、３８４の内部シリンダーを含み；３８４の穴の１つの内部シリンダーのみが例示される）。上部のテイパー状部分２の中心合わせ機能はまた、ピペットチップ変動に順応し、この変動は、形成プロセスにおいて通常起こるが、使用する３８４のピペットチップに対して利用可能なハーメチックシールをなお提供する（使用されるピペットチップの数は、分配ブロックヘッド２６における内部シリンダーの数と一致する）。円板形のリング部分３は、上部のテイパー状部分２を、下部のテイパー上の部分４から分離し、円板形のリング部分３は、上部表面５および下部表面６を有する。チップ装填順序の間、円板形のリング部分３の下部表面６は、ピペットチップボックス１８に止まり、そしてピペットチップボックス１８が、（前述の特許出願におけるプロセスと同様に）装填順序の間に引っ張られる場合、ピペットチップ２０は、分配ブロックヘッド２６へと空気の作用によって引き込まれ、上部のテイパー状部分２および内部シリンダー１３と共にハーメチックシールを形成する。軸の装填力は、ピペットチップ２０を取り換え、シールが、内部シリンダー１３の上部のテイパー状部分の外径と共になされ、そして吸引および分配の間、摩擦的に捕捉して保持されることを保証する。
【００１７】
ピペットチップ装填順序は、ピペットチップ２０を、ピペットチップボックス１８から移動させ、そして上向きの力によって、それらを示されるように分配ブロックヘッド２６へ軸に沿って装填する。ｘ、ｙ、ｚの動作で分配ブロックヘッドを移動させることによって、ピペットチップ２０を装填する機械的方法は、分配ヘッド装置１０へ組込まれた浮動ストリッパープレート３０を加えた、前述の出願に記載されるものと同じである。装填順序が開始する場合、移動可能なピペットチップボックストレイキャリア装填プレート１６は、浮動ストリッパープレートガイドピン３５によって提供される整列と共に、ピペットチップボックストレイキャリア２２、およびピペットチップ２０を有するピペットチップボックス１８を、分配ブロックヘッド２６に向かって嵌合するまで上げ（それと共に引っ張り）、浮動ストリッパープレート戻りバネ３２を移動可能なピペットチップボックストレイキャリア装填プレート１６に対して押し付ける。これは、分配ブロックヘッド２６の移動可能なピペットチップボックストレイキャリア装填プレート１６を介する自由な通過を可能とし、一方、同時に、浮動ストリッパープレート３０と分配ブロックヘッド２６との間にゼロギャップ条件を形成する。ピペットチップボックス１８は、上昇しつづけ、円板形のリング部分３の下部表面６に力を適用することによって、ピペットチップ２０を、図７に示されるように分配ブロックヘッド２６およびその密閉境界７へと押す。浮動ストリッパープレート３０は、ここで、分配ブロックヘッド２６と円板形のリング部分３の間に配置される。ピペットチップ２０は、ここで、密閉され、そして分配ブロックヘッド２６の内部シリンダー１３内でハーメチックシールされる（ｈｅｒｍｅｔｉｃａｌｌｙ ｓｅａｌｅｄ）。図４は、ピペットチップボックストレイキャリア２２に対するチップボックストレイキャリアを装填するプレート１６に係合したピペットチップボックスキャリア２２を図示する。図５は、ピペットチップボックス１８が、移動可能なピペットチップボックストレイキャリア装填プレート１６から外れているピペットチップボックスキャリア２２を図示する。分配ブロックヘッド２６は、ここで、自由に移動する。ピペットチップ２０を、脱着する場合、反対の順序が、前述の出願に記載される形式で行われる。
【００１８】
ピペットチップ２０を分配ブロックヘッド２６から脱着するために、以下の順序が起こる：
１．分配ブロックヘッド２６を、固定位置に置き、そして移動可能なピペットチップボックストレイキャリア装填プレート１６を下に動かす（基本的に、分配ブロックヘッド２６は、シリンダーブロックとして機能する）。
【００１９】
２．移動可能なピペットチップボックスキャリア装填プレート１６は、その底部表面に傾斜した表面ポケット５１を有し；傾斜した表面ポケット５１は、浮動ストリッパープレート３０と嵌合し、浮動ストリッパープレート３０をまた下方への移動の際傾斜させる。浮動ストリッパープレート整列ピン３２は、移動可能なピペットチップボックストレイキャリア装填プレート１６のテイパー状の穴を通過する。テイパーは、浮動ストリッパープレート３０が、移動可能なピペットチップボックストレイキャリア装填プレート１６の傾斜した表面ポケット５１に一致するのを可能にする。
【００２０】
３．浮動ストリッパープレート３０の引き続く下方への移動によって、最終的に、円板形のリング部分３の上部表面５に接触する。
【００２１】
４．分配ブロックヘッド２６は、固定位置にあるので、移動可能なピペットトレイキャリア装填プレート１６および浮動ストリッパープレート３０の動作によって、ピペットチップ２０が連続する形式で脱着する。図９は、浮動ストリッパープレート３０、係合しそして完全に展開された移動可能なピペットチップボックスキャリア装填プレート１６、および分配ブロックヘッド２６から脱着したピペットチップ２０を図示する。図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、分配ブロックヘッド２６からの一つのピペットチップ２０の排出における２つの段階を図示する。図１０（ａ）において、移動可能なチップボックスピペットトレイキャリア装填プレート１６は、浮動ストリッパープレート３０に向かって下方へ移動し；図１０（ｂ）において、移動可能なピペットチップボックスキャリアプレート１６は、浮動ストリッパープレート３０と係合している。端ぐり３３は、浮動ストリッパープレート３０に形成され、ピペットチップ２０の円板形のリング部分が、分配ブロックヘッド２６に装填される場合そこに配置され、そして代わりに、浮動ストリッパープレート３０によって脱着させることを可能とする。
【００２２】
傾斜したポケット５１は、一度に分配ブロックヘッド２６から全てのピペットチップ２０を無理に通させないことによって、滑らかな操作を保証し、代わりに、一度に１列のチップの脱着を可能とする。脱着機能は、全てがピペットチップボックス１８に落ちてしまうまで、ピペットチップ２０上の円板形のリング部分３の上部表面５に適用される軸方向力によって提供される。一旦、ピペットチップ２０が、ピペットチップボックス１８に装填し戻されると、ピペットチップボックス１８およびピペットチップボックストレイキャリア２２は、分配ヘッド装置１０の「Ｘ」、「Ｙ」、「Ｚ」動作を用いて台に戻される。
【００２３】
図８は、３８４のマイクロプレート６０から吸引するために使用されている分配装置を図示する。
【００２４】
従って、本発明は、改良された分配ヘッド、および現在利用可能なより高い密度のマイクロプレートと共に使用可能な関連するピペットチップを提供し、ここで、分配ヘッドの製造コストは、実質的に減少する。
【００２５】
本発明は、その好ましい実施形態の参考と共に記載されたが、種々の変化がなされ得、そして、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、等価物がその要素を置換し得ることが、当業者に理解される。さらに、改変が、特定の状況または材料を本発明の基本的な教示から逸脱することなく本発明の教示に適応させるために、成され得る。
【００２６】
本発明のより良い理解ならびに他の目的およびそのさらなる特徴のために、参照を以下の記述に対してなし、これは、本明細書中に添付される図面と組み合わせて読まれるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、ピペットチップボックスがピペットチップボックストレイキャリアから装填される分配ヘッド装置の側面図である。
【図２】 図２は、分配ヘッドブロックにピペットチップを装填する工程を図示する。
【図３】 図３は、ピペットチップボックスからのピペットチップの除去を図示する。
【図４】 図４は、ピペットボックストレイキャリアを装填するプレートに係合するトレイキャリアの断面図である。
【図５】 図５は、ピペットチップボックスが、チップボックストレイキャリアを装填するプレートから除去されている、図４のトレイキャリアを図示する。
【図６】 図６は、密閉係合のために配置された分配ブロックヘッドおよびピペットチップの拡大部分断面図である。
【図７】 図７は、分配ブロックヘッドに係合した図６のピペットチップを図示する。
【図８】 図８は、３８４ウェルマイクロプレートから吸引する分配ヘッド装置を図示する。
【図９】 図９は、ピペットチップボックスへピペットチップを脱着し戻す分配ヘッド装置を図示する分配ヘッド装置の側面図である。
【図１０】 図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、分配ヘッド装置から１個のピペットチップを脱着する工程を図示する。

Claims (17)

1. 多数の容器中に正確な量の流体を同時に分配するためのシステムであって、以下：
   単一の構成のシリンダーブロックであって、その中に該シリンダーブロックの上表面から該シリンダーブロックの下表面まで互いに少なくとも実質的に平行に延びる複数の孔を有し、各孔が、押し出し具を密閉して受容し、かつ該押し出し具を該シリンダーブロック内で軸方向に移動させる形態であり、各孔は、開口部内の下表面で終結し、各開口部は、環状の境界領域にある円錐台形状の下部分と交差する円筒形の上部分を有する、シリンダーブロック；および
   該シリンダーブロックと離脱可能に係合される複数のピペットチップであって、各チップの一部分が、該シリンダーブロックの孔の１つを貫通し、かつ該境界領域の開口部の１つを密封して係合し、該ピペットチップと該シリンダーブロックとの間の環状シールを生成する、ピペットチップ、を備えるシステムであって、
   該シリンダーブロックと、該ピペットチップの各々の高くなった中央部分との間に位置決めされるストリッパープレートをさらに備え、該ストリッパープレートがその中に複数の穴を有し、各穴が対応する該ピペットチップの上部分が妨害されないでそれを通過するには十分大きいが、各高くなった中央部分が、該ストリッパープレートの該シリンダーブロックから離れる移動が該ピペットチップを前記ブロックから離すようそれを通過するに小さすぎ、
   ここで、該ストリッパープレートが、該ストリッパープレートが該シリンダーブロックから離れて移動するとき該ピペットチップが一度に小数で該シリンダーブロックから除去されるように、該シリンダーブロックの下表面に対し所定の角度で配向されている、システム。
2. 前記複数のシリンダーが、３８４のシリンダーのアレイを備える、請求項１に記載のシステム。
3. 多数の容器中に正確な量の流体を同時に分配する使い捨てピペットとの使用のためのシステムであって、以下：
   シリンダーブロックであって、その中に該シリンダーブロックの上表面から該シリンダーブロックの下表面まで互いに少なくとも実質的に平行に延びる複数の孔を有し、各孔は、開口部内の下表面で終結し、各開口部は、環状の境界領域にある円錐台形状の下部分と交差する円筒形の上部分を有し、該開口部が、該開口部の境界領域がピペットチップを係合してそれらの間に円形のシールを生成するように、該シリンダーブロックの下表面の下から該ピペットチップをその中に受容するようなサイズであり、各孔が、該シリンダーブロックの上表面の上から押し出し具を受容し、かつ該押し出し具を該シリンダー内で軸方向に移動させ、正確な量の流体を選択的に吸収および分配する構成であり、該シリンダーブロックと、該ピペットチップの各々の高くなった中央部分との間に位置決めされるストリッパープレートをさらに備え、該ストリッパープレートがその中に複数の穴を有し、各穴が対応する該ピペットチップの上部分が妨害されないでそれを通過するには十分大きいが、各高くなった中央部分が、該ストリッパープレートの該シリンダーブロックから離れる移動が該ピペットチップを前記ブロックから離すようそれを通過するに小さすぎ、
   ここで、該ストリッパープレートが、該ストリッパープレートが該シリンダーブロックから離れて移動するとき該ピペットチップが一度に小数で該シリンダーブロックから除去されるように、該シリンダーブロックの下表面に対し所定の角度で配向されている、システム。
4. 前記シリンダーブロックが、単一の構成である、請求項３に記載のシステム。
5. 前記複数のシリンダーが、３８４のシリンダーのアレイを備える、請求項３に記載のシステム。
6. 請求項１〜５に記載のシステムと使用するための形態であるピペットチップのシステムであって、以下：
   それを通る複数の穴を備える上表面を有するボックス；および
   該ボックスの穴内に保持される複数のピペットチップであって、各チップが、上部分、下部分、該上部分と下部分との間に位置する高くなった中央部分、および該上部分から下部分まで該ピペットチップを通って延びる孔を有し；該ピペットチップの各々の下部分は、該孔の少なくとも一部分中に、およびそれから流体を吸引および分配するために適合され；該ピペットチップの各々の上部分は、実質的に円錐台形状であり、そして該シリンダーの１つの開口部を部分的に貫通し、かつそれをシールして係合して円形のシールを形成するサイズであり；該ピペットチップの各々の高くなった部分は、該ボックスの上表面に対し、該ピペットチップの下部分が該ボックス内に含まれるように、かつ該ボックスを該シリンダーに向かって該ピペットチップを該シリンダーと整列させて押すことが、該複数のピペットチップを個々のシリンダーに同時に装填することを生じるように位置決めされる、ピペットチップ、を備える、システム。
7. 前記ピペットチップの各々の高くなった中央部分が、中実の環状構造の形態にある、請求項６に記載のシステム。
8. 前記ピペットチップの各々の高くなった中央部分が、単一の形態にある、請求項６に記載のシステム。
9. 前記ピペットチップの各々が、単一の形態にある、請求項６に記載のシステム。
10. 前記複数のピペットチップが、少なくとも３８４のピペットチップを備える、請求項６に記載のシステム。
11. 前記高くなった中央部分が、環状形態である、請求項６に記載のシステム。
12. 前記穴の数が前記ピペットチップの数に等しい、請求項７に記載のシステム。
13. 前記ピペットチップの各々の高くなった中央部分が、その中に流体がトラップされることを防ぐよう適合されている、請求項７に記載のシステム。
14. チップボックスにおける複数のその他のピペットチップとの貯蔵のため、および、複数の押し出し具と対応する複数のシリンダーとを有するアセンブリ中で該複数のその他のピペットチップとの、多数の容器内に正確な量の流体を同時に分配するための同時使用のためのピペットチップであって、各シリンダーは、円筒形の上部分および円錐台形状の下部分をもつ開口部を有し、該ピペットチップが：
    上部分、下部分、該上部分と下部分との間の高くなった中央部分、および該上部分から下部分まで該ピペットチップを通って延びる孔を有する一体型の本体であって；該ピペットチップの下部分が、該高くなった中央部分から下方に突出し、そして該チップボックスの上表面中の複数の穴の１つに挿入されるサイズであり；該孔が、流体を吸引および分配するように適合された単一チャンバーであって；該ピペットチップの上部分が、該高くなった中央部分から上方に突出し、そして対応する該シリンダーの開口部を少なくとも部分的に貫通するために実質的に円錐台形状であって、かつ該円筒形の上部分と円錐台形状の下部分との間の開口部と係合して、該シリンダーと該ピペットチップとの間の実質的に円形のシールを形成し；該ピペットチップの高くなった中央部分が、その中に腔のない中実の本体であって、かつ該ピペットチップのチップ下部分が、該穴に挿入されるときに、該ピペットチップが該チップボックス内に保持されるときピペットチップの上部分が該シリンダーとの係合のために該チップボックスの上に突出するように該ボックスの上表面に対して突き当たるサイズである本体を備える、ピペットチップ。
15. 前記ピペットチップの円錐台形状部分が、対応する前記円筒形開口部の円錐台形状部分より小さいテイパー状である、請求項１４に記載のピペットチップ。
16. 前記高くなった部分中央部分が、環状形状である、請求項１４に記載のピペットチップ。
17. 前記ピペットチップが、一体形状である、請求項１４に記載のピペットチップ。

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