JP4168814B2

JP4168814B2 - 分注装置および分注方法

Info

Publication number: JP4168814B2
Application number: JP2003106661A
Authority: JP
Inventors: 智弘松尾
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2023-04-10
Also published as: JP2004309431A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検体や試薬等の液体を吸入、排出し、分注や希釈を行う分注装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の分注装置は、たとえば、特開平５−９９９３２号公報に記載されたものが知られている。この従来の分注装置を、図４および図５を用いて説明する。
図４は従来の分注装置の構成を示す斜視図、図５は使い捨てチップの構造を示す断面図である。
図４において、ＤＮＡやたんぱく質の移し変え作業を行う分注装置１００は、複数のピストンポンプおよび複数の使い捨てチップを自動着脱可能な複数のノズルを備え、使い捨てチップの着脱のために吸引排気するコンプレッサから構成されている。
図４中、ほぼ中央に図示される血液試料の吸引を行うノズル部３２は、ＸＹＺロボット３４によって保持されており、ノズル部３２は、３次元的に自在に移動可能となっている。
【０００３】
図５には、ノズル３２の要部断面図が示されており、ノズル３２は、ノズルベース３５とノズルチップを成す使い捨てチップ（以下、チップという）３６とで構成されている。このチップ３６の上部開口には、ノズルベース３５の先端部が加圧挿入され、このようにチップ３６の上部開口にノズルベース３５の先端部が嵌合することによって、チップ３６がノズルベース３５に確実に固定される。チップ３６の下方先端には、小孔３６ａが形成され、この小孔３６ａから血液試料が吸引され、あるいは吐出されることになる。
【０００４】
図４において、ＸＹＺロボット３４は、Ｘ駆動部３４ｘと、Ｙ駆動部３４ｙと、Ｚ駆動部３４ｚとで構成され、Ｚ駆動部３４ｚにはノズル部３２を備えたエレベータ部３８が昇降自在に連結されている。このエレベータ部３８はジャミングセンサ等の機能をなすリミットスイッチ４０を有し、このリミットスイッチ４０は、ノズル部３２に加えられる上方への一定以上の外的作用力を検出する。Ｚ駆動部３４ｚには希釈液の吐出を行う希釈液ピペット４２が固定配置されている。ノズル部３２には、エアホース４４の一端が接続され、エアホース４４の他端は吸引・吐出ポンプの作用をするシリンジ４６に接続されている。また、希釈液ピペット４２には、希釈液ホース４８の一端が接続され、その他端は電磁バルブ５０を介してシリンジ５２に接続されている。
シリンジ４６とノズル部３２との間には、エアホース４４内の内圧を測定するための圧力センサ５４が接続されている。なお、リミットスイッチ４０からの信号は信号ケーブル５６を介して装置本体に送られている。
【０００５】
分注台５８に載置された試験管ラック６０には、遠心分離処理が行われた後の血液試料を入れた複数の試験管６２が起立保持されている。この試験管６２には、血漿成分と赤血球成分とが上下分離している血液試料が入れられている。また、分注台５８上に設けられた水平台６４には、希釈容器６６を複数備えた希釈トレイ６８と、マイクロプレート７０とが載置されている。
本例の分注装置は、ノズルチップが使い捨て型であるため、チップ立て７２には複数の新品のチップが用意され、順次新しいチップに交換される。またチップ廃棄トレイ７４が設けられている。
【０００６】
以上の分注装置によって、ＤＮＡやたんぱく質の移し変え作業を繰り返し行う場合、分注装置先端に取り付けるチップ３６は、クロスコンタミネーションを低減するために、使い捨てチップ３６を用いている。この場合、チップ３６を、ロボットシステム３４で複数のノズル３２を位置決めし、ノズル３２とチップ３６間を図示しないコンプレッサで負圧にすることで吸引固定する。
ＤＮＡやたんぱく質の吸引作業は、ロボットシステム３４で所定の位置へ移動し、容器内へチップ先端を差込み、ＤＮＡやたんぱく質を吸い取ることで行われる。
ＤＮＡやたんぱく質の吐出作業は、移し変え先の容器へチップ先端をロボットシステムで位置決めし、ポンプ圧により容器内のＤＮＡやたんぱく質を吐出することで行われる。
以上の動作を繰り返し、所定個数の移し変え作業を行っている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−９９９３２号公報（段落００１９−００２６、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の分注装置においては、チップとノズル間の固定は、コンプレッサによる吸引固定であり、ノズルとチップの嵌め合いで固定されている。チップは使い捨てであるため、樹脂材料の成形品であり、加工精度にばらつきが生じるため、うまくノズルに固定できない場合や、ＤＮＡやたんぱく質の移動中にチップが落下するなどの問題がある。ノズルへ固定できない場合は、移し変え作業ができていないために、所望したＤＮＡやたんぱく質が入っていない容器について分析を行うため、目的とした結果を得ることができない。
また、ＤＮＡやたんぱく質の移動中にチップが容器上で落下した場合、チップ内のＤＮＡやたんぱく質は、別のＤＮＡやたんぱく質が入った容器へ混入するために、クロスコンタミネーションが生じたまま、分析を行ってしまい、目的とした結果が得られない。
【０００９】
さらに、チップとノズル間の固定がコンプレッサによる吸引固定であるため、取り付け確率（チップのノズルヘッドへの取り付けられる確率）は、ノズルとチップの加工および形状精度に依存しており、取り付けを確認する手段が取られていなかった。このため、クロスコンタミネーションが生じても検出することができないといった問題が生じていた。
そこで本発明は、ＤＮＡやたんぱく質の移し変え作業を、確実に、かつチップを落下することなく行うことができ、またチップの取り付け確認が可能な分注装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の構成の分注装置は、一個または複数のピストンポンプおよび一個または複数のチップを着脱する一個または複数のノズルを備えた分注装置において、前記ノズルに前記チップを吸着するチップ自動着脱部を設け、かつ前記チップの着脱状態を検出するチップ着脱検出部を備えたことを特徴とする。
この第１の構成においては、チップを吸着するチップ自動着脱部を設け、またチップ着脱検出部を設けたことで、チップがチップ自動着脱部に吸着されたことを確認できるため、チップをノズルへ確実に固定することができる。
本発明の第２の構成の分注装置は、第１の構成において、前記チップ自動着脱部は電磁コイルを備えており、前記チップは、前記電磁コイルに吸着する磁性を有していることを特徴とする。
この第２の構成においては、磁性を有するチップを電磁コイルの吸着力で確実に吸着することができる。
【００１１】
本発明の第３の構成の分注装置は、第２の構成において、前記チップは、磁性材を混入した材料により形成されていることを特徴とする。
この第３の構成においては、チップを磁性材を混入した材料で形成することで、チップは電磁コイルの吸着力で確実に吸着される。
本発明の第４の構成の分注装置は、第２の構成において、前記チップは、樹脂材料からなる本体にリング磁石を具備したものであることを特徴とする。
この第４の構成においては、チップにリング磁石を設けることで、電磁コイルへ確実に吸着される。
本発明の第５の構成の分注装置は、第２から第４のいずれかの構成において、前記チップ着脱検出部は、前記電磁コイルに近接して設けた検出コイルからなることを特徴とする。
この第５の構成においては、電磁コイルに近接して検出コイルを設けることで、チップ装着時に、チップが具備した磁性材もしくはリング磁石が移動する際の磁束変化が検出コイルに誘起されるため、チップの装着の有無が検出できる。このため、従来、チップの取り付け確認が可能であり、取り付いていない場合でも、チップの取り付け作業を繰り返すことで、確実なチップ取り付けが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の分注装置について、図１〜図３を用いて説明する。
すなわち、図１は本発明の実施の形態に係る分注装置の断面図、図２は本実施の形態に係るチップの構成を示す断面図、図３は本実施の形態におけるチップ装着のタイミングチャートである。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態の分注装置は、チップ１と、チップホルダ１１と、ノズル２と、電磁コイル２１と、検出コイル２２と、ＸＹＺステージ３と、ピストンポンプ４と、第１の容器５と、第２の容器６で構成される。
チップ１を吸着する自動着脱部２０およびチップ１の着脱状態を検出する着脱検出部３０は、それぞれノズル２に具備した電磁コイル２１および検出コイル２２から構成されている。ＸＹＺステージ３上にはピストンポンプ４が載置され、ノズル２はピストンポンプ４と連結されている。
複数個のチップ１はチップホルダ１１に保管されており、ＤＮＡやたんぱく質が内包された第１の容器５および、ＤＮＡやたんぱく質の移し変え先の第２の容器６が同一平面内に載置されている。
チップ１の構造は図２（ａ）に示すように、合成樹脂材料に酸化鉄などの鉄粉を混入したものか、もしくは図２（ｂ）に示すように、合成樹脂製のチップ１の首部にリング磁石１２を嵌めこんだ構造である。
【００１４】
以上の構成の分注装置において、ＤＮＡやたんぱく質の移し変え作業について説明する。
まず、図１に示すＸＹＺステージ３によりノズル２をチップホルダ１１上へ移動し、電磁コイル２１への通電による磁気吸引力によりチップ１を装着する。
次に、ＸＹＺステージ３によりＤＮＡやたんぱく質を内包する第１の容器５上へノズル２を移動し、ピストンポンプ４によりＤＮＡやたんぱく質を適量吸引する。
さらに、ＸＹＺステージ３によりノズル２を第２の容器６上へ移動し、ピストンポンプ４によりＤＮＡやたんぱく質を容器内へ吐出する。
以上の動作を繰り返し、第２の容器６の適正な位置へＤＮＡやたんぱく質の移し変え作業を完了する。
【００１５】
チップ１のノズル２への装着動作を図３のタイミングチャートを用いて説明する。まず、図３（ａ）に示すように、ＸＹＺステージ３によりノズル２をチップホルダ１１上へ移動後、電磁コイル２１へ通電する。この操作に基づいてチップ１がノズル２に吸着した場合（図３（ｂ）の状態１）、磁束変化を検出コイル２２で検出する。この場合はＸＹＺステージ３への移動指令により第１の容器５上へ移動する。これに対し、電磁コイル２１へ通電してもチップ１が移動しない場合（図３（ｃ）の状態２）、磁束変化を検出コイル２２は検出しないので、電磁コイル２１への電流を大きくして再装着する。さらに、電磁コイル２１へ通電してチップ１が移動した後、吸着がうまくいかずにチップ１が落ちた場合（図３（ｄ）の状態３）、検出コイル２２は磁束変化を２回検出する。この場合は、電磁コイル２１への電流を大きくして再装着する。
【００１６】
このようにして、電磁コイル２１に検出コイル２２を巻回することで、チップ１装着時に、チップ１が具備した磁性材もしくはリング磁石１２が移動する際の磁束変化が検出コイル２２に誘起されるため、チップ１の装着の有無が検出できる。このため、従来、チップ１の取り付け確認が可能であり、取り付いていない場合でも、チップ１の取り付け作業を繰り返すことで、確実なチップ取り付けが可能となる。
なお、本実施の形態においては、チップ自動着脱部を電磁コイルとし、チップに磁性を持たせた例を示したが、エアによる自動着脱機構を採用することもできる。
また、チップ着脱検出部として、電磁コイルに近接した検出コイルを用いた例を示したが、他の磁気センサや光センサ等を用いることもできる。
【００１７】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、一個または複数のピストンポンプおよび一個または複数のチップを着脱する一個または複数のノズルを備えた分注装置において、前記ノズルに前記チップを吸着するチップ自動着脱部を設け、かつ前記チップの着脱状態を検出するチップ着脱検出部を備えたことにより、チップの樹脂材料の成形精度によるノズルへの装着ミスがなくなり、確実にチップをノズルに固定することが可能である。これにより、ＤＮＡやたんぱく質の移し変え作業を、確実に、かつ落下することなくできるので、クロスコンタミネーションの問題を解消することができる。
また、ノズルに設けたチップ自動着脱部に電磁コイルを具備し、磁性材を混入したチップもしくはリング磁石を具備したチップを用いることで、電磁コイルが発生する磁気吸引力でチップを確実に固定することができる。
また、電磁コイルに検出コイルを近接して設置することで、チップ装着時に、チップが具備した磁性材もしくはリング磁石が移動する際の磁束変化が検出コイルに誘起されるため、チップの装着の有無が検出できる。このため、チップの取り付け確認とともに、取り付いていない場合でも、チップの取り付け作業を繰り返すことで、確実なチップ取り付けが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る分注装置の構成を示す断面図である。
【図２】本実施の形態に係るチップの構成を示す断面図である。
【図３】本実施の形態におけるチップ装着のタイミングチャートである。
【図４】従来の分注装置の構成を示す図である。
【図５】使い捨てチップの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１チップ
１１チップホルダ
１２リング磁石
２ノズル
２０チップ自動着脱部
２１電磁コイル
２２検出コイル
３ＸＹＺステージ
３０チップ着脱検出部
４ピストンポンプ
５第１の容器
６第２の容器

Claims

一個または複数のピストンポンプおよび一個または複数の磁性を有するチップを着脱する一個または複数のノズルを備えた分注装置において、前記ノズルに、電磁コイルにより前記チップを吸着するチップ自動着脱部を設け、かつ前記電磁コイルに近接して設けた検出コイルにより前記チップの着脱状態を検出するチップ着脱検出部を備えたことを特徴とする分注装置。
前記チップは、磁性材を混入した材料により形成されていることを特徴とする請求項１記載の分注装置。
前記チップは、樹脂材料からなる本体にリング磁石を具備したものであることを特徴とする請求項１記載の分注装置。
請求項１から３のいずれかの項に記載された分注装置を用いる分注方法であって、ノズルを、磁性を有する複数のチップを保管するチップホルダにおける所定のチップ上へ移動し、前記ノズルが前記チップホルダにおける所定のチップ上へ移動した際に、前記ノズルに取付けられた電磁コイルに通電し、その通電によって前記磁性を有するチップが前記ノズルに吸着したかどうかを、磁束変化を検出する検出コイルで検出し、前記検出コイルが前記チップの吸着を検出した後に、前記ノズルに吸着したチップにピストンポンプから検体や試薬等の液体を吸入、排出することを特徴とする分注装置の分注方法。