JP4203469B2

JP4203469B2 - 液体試料の攪拌装置

Info

Publication number: JP4203469B2
Application number: JP2004374470A
Authority: JP
Inventors: 圭太松本
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: JP2006184009A

Description

本発明は、容器内の液体試料をノズルチップにより吸引及び吐出することで液体試料を攪拌するようにした攪拌装置に関する。

従来から、容器内の液体試料を吸引及び吐出することで液体試料を攪拌することが行われている。例えば特許文献１には、試料の攪拌に際して、ピペットによる試料の吸引及び吐出を、試料容器内の異なる位置で行うことが開示されている。

特開平５−４０１２３号公報

しかしながら、例えば液体試料を収容した容器の容積と、吸引及び吐出のためのノズルチップのサイズとが同程度になるような場合には、液体試料の下部で吸引や吐出を行うためにノズルチップを液体試料に浸漬させると、その分だけ液面が上昇し、液体試料が容器から溢れ出てしまうおそれがある。

特に、スポイトやピペットを使う用手法であれば、その体積も液体試料を収容した容器の容積に比べて格段に小さく、目視により液体試料が溢れ出ることもないが、スポイトやピペットに比べてサイズの大きいノズルチップを用いて自動化を図る場合には、液体試料が容器から溢れ出ないようにするための対策をとる必要がある。

本発明は、上記のような点に鑑みてなされたものであり、ノズルチップを液体試料に浸漬させた状態で吸引や吐出を行うことができるとともに、液面上昇により液体試料が容器から溢れ出るのを防ぐことを目的とする。

本発明による液体試料の攪拌装置は、容器内の液体試料をノズルチップにより吸引及び吐出することで液体試料を攪拌するようにした攪拌装置であって、前記容器内の液体試料の液面高さ位置で前記ノズルチップにより所定吸引量Ａだけ液体試料を吸引し、前記所定吸引量Ａだけ液体試料を吸引した状態で、前記所定吸引量Ａとの関係で決まる所定高さＨだけ前記ノズルチップを下降させて攪拌のための吸引又は吐出を開始する制御手段と、前記容器の開口部から予め定められた高さｈだけ下がった位置までの底部側の容積Ｖ ₁ と、前記容器内の液体試料の体積Ｖ ₂ と、前記所定吸引量Ａと、前記ノズルチップの先端から前記所定高さＨ分の体積Ｖ ₃ とからなる下式
Ｖ ₁ ＝Ｖ ₂ −Ａ＋Ｖ ₃
を用いて、前記所定吸引量Ａを入力として、前記所定高さＨを求める演算手段とを備えたことを特徴とする。
また、本発明による液体試料の攪拌装置の他の特徴とするところは、前記ノズルチップの先端から前記所定高さＨ分の体積Ｖ₃は、前記ノズルチップが円柱、円錐、円錐台のいずれか適宜な組み合わせからなるものとして算出する点にある。
また、本発明による液体試料の攪拌装置の他の特徴とするところは、前記容器内で第１の液体試料と、前記第１の液体試料上の第２の液体試料とが分離した状態にある点にある。

本発明によれば、容器内の液体試料の液面高さ位置でノズルチップにより所定吸引量だけ液体試料を吸引し、その後、前記所定吸引量との関係で決まる所定高さだけノズルチップを下降させて吸引又は吐出を開始するようにしたので、ノズルチップを液体試料に浸漬させた状態で吸引や吐出を行うことができるとともに、液面上昇により液体試料が容器から溢れ出るのを防ぐことができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。本実施形態では、本発明を染色体検査の前段階（染色体前処理）で利用する例を説明する。

まず、図６、７を参照して、染色体前処理の流れについて簡単に説明する。投入処理として、容器１００内で培養液及び血液等からなる液体試料（培養済み検体）を遠心分離し（ステップＳ１０１）、図７（ａ）に示すように、赤血球を含む沈渣１０１と上清１０２とに分離する。そして、ＣＣＤカメラ等を用いて境界面を判定し、上清１０２を少量だけ残すように吸引除去する（ステップＳ１０２）。

次に、低張処理として、図７（ｂ）に示すように、白血球を膨化させるために低張液１０３を添加し（ステップＳ１０３）、攪拌する（ステップＳ１０４）。その後、所定時間だけ静置（又は攪拌）する（インキュベーション）（ステップＳ１０５）。

次に、図７（ｃ）に示すように、低張処理した液体試料１０４に、低張処理を停止させるとともに白血球を半固定するために少量の停止液（カルノア液）１０５を添加し（ステップＳ１０６）、攪拌する（ステップＳ１０７）。その後、ステップＳ１０１、Ｓ１０２と同様に、遠心分離を行い（ステップＳ１０８）、境界面を判定し、上清を少量だけ残すように吸引除去する（ステップＳ１０９）。

次に、固定・洗浄処理として、図７（ｄ）に示すように、固定液（カルノア液）１０６を添加し（ステップＳ１１０）、攪拌する（ステップＳ１１１）。その後、ステップＳ１０１、Ｓ１０２やステップＳ１０８、Ｓ１０９と同様に、遠心分離を行い（ステップＳ１１２）、境界面を判定し、上清を少量だけ残すように吸引除去する（ステップＳ１１３）。これらステップＳ１１０〜Ｓ１１３の固定・洗浄処理を数回繰り返して（ステップＳ１１４）、染色体前処理が終了する。

上述したような染色体前処理のうち攪拌処理（ステップＳ１０４、Ｓ１０７、Ｓ１１１）で本発明を利用するものである。以下では、ステップＳ１０７における攪拌処理を例にして、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態の攪拌装置の概略構成を示す図である。１は先細り形状を有するフィッティング金具であり、ＸＹＺ軸駆動部６によりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動可能となっている。

２は液体試料の吸引及び吐出のためのノズルチップであり、本実施形態ではフィッティング金具１の先端に取り外し可能に装着されるディスポーザブルチップが用いられる。

３はフィッティング金具１とシリンジポンプ４とを接続する配管である。４はシリンジポンプであり、シリンダ４ａ内でピストン４ｂを動かすことにより、ディスポーザブルチップ２内のエア圧力を変化させる。

５はシリンジポンプ４を駆動するためのシリンジポンプ駆動部であり、制御部９からの制御信号に従ってピストン４ｂを動かす。

６はステッピングモータ等により実現されるＸＹＺ軸駆動部であり、制御部９からの制御信号に従ってフィッティング金具１を移動させる。

７は記憶部であり、ユーザにより指定される攪拌回数や攪拌速度、後述する攪拌動作に必要なディスポーザブルチップ２の寸法等の各種情報を記憶する。８は演算部であり、攪拌動作のための各種演算を行う。９は制御部であり、演算部８からの出力に基づいてシリンジポンプ駆動部５やＸＹＺ軸駆動部６を制御する。これら記憶部７、演算部８、制御部９は、コンピュータＣより構成される。

１０は液面を検出するための液面検出部であり、ＣＣＤカメラ等により構成される。

次に、図２〜５を参照して、本実施形態の攪拌装置による攪拌動作について説明する。なお、図３、４では、容器１００及びディスポーザブルチップ２の形状を簡単なものとして図示する。なお、図３において、矢印ｐは上向きが吸引、下向きが吐出を意味し、また、矢印ｚは上向きが上昇、下向きが下降を意味する。

まず、ディスポーザブルチップ２を液体試料の液面高さ位置まで下降させる（ステップＳ２０１、図３（ａ））。本明細書でいう液面高さ位置まで下降（上昇）とは、ディスポーザブルチップ２の先端がわずかに液体試料に浸漬する状態をいうものとする。

次に、ディスポーザブルチップ２を液面に追従させながら、液面高さ位置で所定吸引量Ａだけ液体試料を吸引する（ステップＳ２０２、図３（ｂ））。

その後、所定吸引量Ａとの関係で決まる所定高さＨだけディスポーザブルチップ２を下降させる（ステップＳ２０３、図３（ｃ））。ディスポーザブルチップ２を下降させると、ディスポーザブルチップ２が浸漬する分だけ液面が上昇するが、図３（ｃ）に示すように、所定高さＨだけディスポーザブルチップ２を下降させたときに、液面上昇は容器１００の開口部１００ａから高さｈだけ下がった位置で止まり、液体試料が容器１００から溢れ出ないようになっている。

ここで、液体試料が容器１００から溢れ出ないようにする原理について説明する。演算部８では、容器１００の開口部１００ａから所定高さｈだけ下がった位置までの底部側の容積Ｖ₁（図４を参照）と、容器１００内の液体試料の体積Ｖ₂（図４を参照）と、所定吸引量Ａと、ディスポーザブルチップ２の先端から所定高さＨ分の体積Ｖ₃（図４を参照）とからなる下式（１）
Ｖ₁＝Ｖ₂−Ａ＋Ｖ₃・・・（１）
を用いて、所定吸引量Ａを入力として、所定高さＨを求める。

この場合に、容器１００の開口部１００ａから高さｈだけ下がった位置までの底部側の容積Ｖ₁については、通常は容器１００の全容積は予め知ることができ、また、高さｈは液面上昇をどこまで許容するかを決めるものであって、ユーザにより予め定められる値である（ｈ＝０とした場合、高さＨだけディスポーザブルチップ２を下降させたとき、液面は容器１００の開口部１００ａまで上昇することになる）。すなわち、容器１００の開口部１００ａから高さｈだけ下がった位置までの底部側の容積Ｖ₁は予め知ることができるので、その値を記憶部７に記憶させておけばよい。

また、容器１００内の液体試料の体積Ｖ₂については、通常は容器１００にどれだけの量の液体試料を入れるかは予め設定されるものであるので、その値を記憶部７に記憶させておけばよい。

また、ディスポーザブルチップ２の先端から所定高さＨ分の体積Ｖ₃については、例えば図５（ａ）に示すようなディスポーザブルチップ２であれば、ディスポーザブルチップ２が円錐台２ａ、円柱２ｂ、円錐（或いは円錐台）２ｃの組み合わせからなるものとして求めればよい。図５（ｂ）に示すように直径ａ₁及び直径ｂ₁の上下面を有する高さｈ₁の円錐台の体積は、下式（２）で表わされる公式
Ｖ＝（ａ₁ ²＋ａ₁ｂ₁＋ｂ₁ ²）πｈ₁／１２・・・（２）
により求めることができる。このように、ディスポーザブルチップ２の各部の寸法を記憶部７に記憶させておけば、ディスポーザブルチップ２の先端から所定高さＨ分の体積Ｖ₃を算出することができる。

なお、容器１００の開口部１００ａから高さｈだけ下がった位置までの底部側の容積Ｖ₁は予め知ることができるとしたが、ディスポーザブルチップ２と同様に、容器１００が円柱、円錐、円錐台のいずれか適宜な組み合わせからなるものとして算出するようにしてもよい。また、容器１００内の液体試料の体積Ｖ₂についても、液面高さを検出して、容器１００と同様に、液体試料が円柱、円錐、円錐台のいずれか適宜な組み合わせからなるものとして算出するようにしてもよい。

ここまで述べたように、所定吸引量Ａを入力とすれば、所定高さＨが求められて、液体試料が容器１００から溢れ出ないようにすることができる。

図２に説明を戻して、所定高さＨだけディスポーザブルチップ２を下降させたならば、攪拌のために吸引量Ｂだけ液体試料を吸引する（ステップＳ２０４、図３（ｄ））。この場合に、ディスポーザブルチップ２を停止させたままでもよいし、吸引した量に比例して下降させてもよい。

続いて、攪拌のために吐出量Ｂだけ液体試料を吐出する（ステップＳ２０５、図３（ｅ））。この場合も、ディスポーザブルチップ２を停止させたままでもよいし、吐出した量に比例して上昇させてもよい。ただし、ステップＳ２０４やステップＳ２０５でディスポーザブルチップ２を下降／上昇させる場合、ステップＳ２０５の吐出終了時点で、ステップＳ２０４の吸引開始前と同じ高さ位置にディスポーザブルチップ２が戻るようにしておく。

これら攪拌のための吸引及び吐出（ステップＳ２０４、Ｓ２０５）がユーザ指定の所定回数だけ終了したならば（ステップＳ２０６）、ディスポーザブルチップ２を液体試料の液面高さ位置まで上昇させる（ステップＳ２０７、図３（ｆ））。このとき、ディスポーザブルチップ２内には所定吸引量Ａに相当する量だけ液体試料が残った状態となっているが、ディスポーザブルチップ２内に空気が入り込まないようにするエクセス分だけを残して吐出する（Ａ−エクセス分を吐出する）。なお、所定吸引量Ａ＝０の場合は、ディスポーザブルチップ２内にエクセス分だけ液体試料が残るように、攪拌のための吸引及び吐出（ステップＳ２０４、Ｓ２０５）において吸引量＞吐出量とすればよい。

ディスポーザブルチップ２を液体試料の液面高さ位置まで上昇させたならば、攪拌のために吸引量Ｃだけ液体試料を吸引する（ステップＳ２０８、図３（ｇ））。この場合も、ディスポーザブルチップ２を液面に追従させればよい（液面追従）。或いは、ユーザにより指定された高さ位置から吸引した量に比例してディスポーザブルチップ２を下降させるようにしたり（追従）、ユーザにより指定された高さ位置でディスポーザブルチップ２を下降させないようにしたり（固定）してもよい。

続いて、攪拌のために吐出量Ｃだけ液体試料を吐出する（ステップＳ２０９、図３（ｈ））。この場合も、ステップＳ２０８と同様に、液面追従、追従、固定を選択できるようにすればよい。

これら攪拌のための吸引及び吐出（ステップＳ２０８、Ｓ２０９）がユーザ指定の所定回数だけ終了したならば（ステップＳ２１０）、ディスポーザブルチップ２を液体試料の液面高さ位置まで上昇させる（ステップＳ２１１、図３（ｉ））。このとき、エクセス分だけを残して液体試料を吐出する。なお、攪拌のための吸引及び吐出（ステップＳ２０８、Ｓ２０９）で液面追従させる場合は、その終了時点でディスポーザブルチップ２が液面高さ位置にあるので当該処理は不要である。

その後、予め設定された一定時間だけ待機する（ステップＳ２１２）。図３（ｃ）に示すようにディスポーザブルチップ２を液体試料に浸漬させるため、ディスポーザブルチップ２の外周面に液体試料が付着する。そのため、すぐにディスポーザブルチップ２を離液させてＸ方向やＹ方向に移動させると、ディスポーザブルチップ２の外周面に付着した液体試料がワークエリア上に飛散するおそれがある。そこで、予め設定された一定時間だけ待機することにより、ディスポーザブルチップ２の外周面に付着した液体試料が自重で落下するのを待つものである。

一定時間だけ待機した後、ディスポーザブルチップ２をゆっくりと上昇させて離液させる（ステップＳ２１３）。このとき、ディスポーザブルチップ２内にはエクセス分だけの液体試料が残っているが、それが落下しないように吸引する（ステップＳ２１４、図３（ｊ））。

以上述べたように、ディスポーザブルチップ２を液体試料に浸漬させた状態で攪拌のための吸引及び吐出を行うことができるので（ステップＳ２０４、Ｓ２０５）、容器１００の底部に近い位置で対流を発生させることができ、攪拌効率を向上させることができる。例えば容器１００が細長く、液体試料の量に比べて攪拌液量（主にディスポーザブルチップ２の最大吸引量に依存する）が小さいような場合でも、容器１００の底部に近い位置で対流を発生させることが可能になる。

しかも、ディスポーザブルチップ２により所定吸引量Ａだけ液体試料を吸引した後に（ステップＳ２０２）、上述したように所定吸引量Ａとの関係で決まる所定高さＨだけディスポーザブルチップ２を下降させるようにした（ステップＳ２０３）ので、液体試料が容器１００から溢れ出るのを確実に防ぐことができる。

また、本実施形態のようにステップＳ１０７における攪拌、すなわち、図１や図７（ｃ）に示すように、低張処理をした液体試料１０４（第１の液体試料）と、その液体試料１０４上の停止液（第２の液体試料）１０５とが分離した状態にあるものを攪拌する場合、ディスポーザブルチップ２により上層の停止液１０５を吸引した後（所定吸引量Ａ）、ディスポーザブルチップ２を下降させるので（所定高さＨ）、停止液１０５を容器１００の底部に近い位置まで運ぶことができ、攪拌効率を向上させることができる。

また、本実施形態のように、容器１００の底部に近い位置での攪拌（ステップＳ２０４、Ｓ２０５）と、液体試料の液面に近い位置での攪拌（ステップＳ２０８、Ｓ２０９）を併用することにより、液体試料全体をムラなく攪拌することができる。

以上、本発明を実施形態と共に説明したが、本発明は実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。例えば容器１００やディスポーザブルチップ２の形状等について、図示したものは一例に過ぎない。

本実施形態の攪拌装置の概略構成を示す図である。本実施形態の攪拌装置による攪拌動作について説明するためのフローチャートである。本実施形態の攪拌装置による攪拌動作における各状態を示す図である。容器及びディスポーザブルチップの各部の体積を説明するための図である。ディスポーザブルチップの体積の算出方法を説明するための図である。染色体前処理の流れについて説明するためのフローチャートである。染色体前処理における各状態を示す図である。

符号の説明

１フィッティング金具
２ディスポーザブルチップ
３配管
４シリンジポンプ
５シリンジポンプ駆動部
６ＸＹＺ軸駆動部
７記憶部
８演算部
９制御部
１０液面検出部
１００容器

Claims

容器内の液体試料をノズルチップにより吸引及び吐出することで液体試料を攪拌するようにした攪拌装置であって、
前記容器内の液体試料の液面高さ位置で前記ノズルチップにより所定吸引量Ａだけ液体試料を吸引し、前記所定吸引量Ａだけ液体試料を吸引した状態で、前記所定吸引量Ａとの関係で決まる所定高さＨだけ前記ノズルチップを下降させて攪拌のための吸引又は吐出を開始する制御手段と、
前記容器の開口部から予め定められた高さｈだけ下がった位置までの底部側の容積Ｖ ₁ と、前記容器内の液体試料の体積Ｖ ₂ と、前記所定吸引量Ａと、前記ノズルチップの先端から前記所定高さＨ分の体積Ｖ ₃ とからなる下式
Ｖ ₁ ＝Ｖ ₂ −Ａ＋Ｖ ₃
を用いて、前記所定吸引量Ａを入力として、前記所定高さＨを求める演算手段とを備えたことを特徴とする液体試料の攪拌装置。
前記ノズルチップの先端から前記所定高さＨ分の体積Ｖ₃は、前記ノズルチップが円柱、円錐、円錐台のいずれか適宜な組み合わせからなるものとして算出することを特徴とする請求項１に記載の液体試料の攪拌装置。
前記容器内で第１の液体試料と、前記第１の液体試料上の第２の液体試料とが分離した状態にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体試料の攪拌装置。