JP4355682B2 - 自動分注装置及び自動分注方法 - Google Patents

Description

本発明は、典型的にはサンプルの吐出先である所謂メンブレンコームに、微量のサンプルを浸みこませるように分注するメンブレンコームの自動分注装置及び自動分注方法に関する。

メンブレンコームは、たとえば幅０．９ｍｍのメンブレンが櫛の歯状に１．５ｍｍピッチで１００本並設された形状をしており、各櫛歯状の部位に微量のサンプルを分注（ブロッティング）したものは、サンプルをＤＮＡシーケンサに導入する前処理として用いられる。この場合、分注用チップを使って、手作業でコーム１つ当たり０．５μｌ程度の極めて微量のサンプルが分注される。

なお、従来この種の微量サンプル分注装置において、たとえば特許文献１に記載の自動分注装置では、ノズルをＸＹ方向に移動させ、分注と同時に試料の液面が平坦になるように試料を分注するようにしている。
また、特許文献２に記載の液体試料分注装置では、吐出容器に振動を与えて容器全体にサンプルを広げ、これにより微少量のサンプルを容器の底部全体に確実に広げて分注するようにしている。
さらに、特許文献３に記載の液体試料分注装置では、ディスポーザブルチップの先端に吐出口を設け、安定して精度よく微量試料をサンプリングプレートのマトリクス上の各ポイントに正確にサンプリングするようにしている。

特開平６−７４９５７号公報 特開平１０−２６７９３７号公報 特開２００２−１５６３８２号公報

前述した手作業で行われる従来の分注処理において、使用するチップ先端はたとえば外径φ０．８ｍｍであり、このチップを使って分注先である幅０．９ｍｍのメンブレンに分注するが、所謂、用手法処理であるため幅狭の分注先に正確に位置決めして分注する作業は、細心の注意を要し極めて手間がかからざるを得なかった。また、位置決めを正確に行った場合でも、分注先のコームの幅が極めて狭いため、吐出された液（サンプル）が染み込むまでに時間がかかり、完全に染み込む前に隣のコームへ流出したり、液滴が飛散してコンタミネーションを起こす可能性がある。

また、サンプルの分注先であるコームの歯は長さが５〜６ｍｍ程度あり、かかるコームに対して手作業でその長さ方向に沿ってチップを移動させ、サンプルを均等に染み込ませるのは実質的に難しい。さらに、メンブレンコームは紙のように薄いため、曲がりや反りが生じ易く、その歯先が反って浮いていると、液を適性に染み込ませることができなくなる。

具体的な従来例において、メンブレンコームに分注しようとすると、特許文献１の発明ではノズルをＸＹ方向に移動させて、複数回に分けて分注する必要があり、効率が悪い。また、特許文献２の発明では吐出容器を振動させてサンプルを広げることによりサンプルを分注するものであり、メンブレンコームの分注にはコンタミネーションの問題があるため適さない。さらに、特許文献３の発明ではディスポーザブルチップの先端に吐出口を設けるための加工が必要になる。

本発明はかかる実情に鑑み、適正かつ正確にメンブレンコームにサンプルを効率よく分注し得るメンブレンコームの自動分注装置及び自動分注方法を提供することを目的とする。

本発明による自動分注装置は、サンプルをメンブレンコームに浸み込ませるように分注する自動分注装置であって、ノズルチップが装着されるノズルを位置決め移動可能な移動機構と、前記ノズルチップにサンプルを吸引及び吐出させるポンプ機構と、前記メンブレンコームを保持するブロッティングトレイと、前記ノズルチップの前記メンブレンコームに対する接触状態を検知するジャミングセンサとを備え、前記ノズルチップが前記メンブレンコームの分注部位に沿って移動しながら、前記サンプルを吐出するようにしたことを特徴とする。

また、本発明による自動分注装置において、前記ブロッティングトレイは導電性を有するとともに、前記メンブレンコームをセットするための載置部を有し、前記メンブレンコームのサンプル吐出部位相互間を隔絶する仕切部が形成されていることを特徴とする。

また、本発明による自動分注装置において、前記ジャミングセンサは、ジャミングバネの変位により前記ノズルチップの変位量を検出する変位式ジャミングセンサと、前記ノズルチップの電気的導通により前記ノズルチップの接触状態を検出する電極式ジャミングセンサとを含むことを特徴とする。

また、本発明による自動分注装置において、前記ノズルチップは、ディスポーザブルチップとして構成されるとともに、該ディスポーザブルチップを取り外すチップリムーバを備えたことを特徴とする。

また、本発明による自動分注方法は、サンプルをメンブレンコームに浸み込ませるように分注する自動分注方法であって、サンプルを吸引したノズルチップを前記メンブレンコームの分注部位に沿って移動させながら、前記サンプルを吐出することにより、前記メンブレンコームに前記サンプルを均等に分注するようにしたことを特徴とする。

また、本発明による自動分注方法において、前記サンプルを吐出する際の前記ノズルチップの移動距離を予め設定するとともに、前記ノズルチップの移動開始点及び終点を、前記サンプルの吐出開始点及び終点と整合させることを特徴とする。

また、本発明による自動分注方法において、前記ノズルチップの移動距離を設定する際、前記ノズルチップを前記メンブレンコームの分注部位に一旦接触させ、この接触状態でのノズルチップ移動中における該ノズルチップの電気的導通の変化に基づいて、前記移動距離を算出することを特徴とする。

また、本発明による自動分注方法において、前記サンプルを吐出する際、前記ノズルチップが前記メンブレンコームの分注部位直上に位置するように前記ノズルチップの高さ位置を設定保持することを特徴とする。

本発明によれば、ブロッティングトレイを使用することにより、これにメンブレンコームを適正且つ安定的に保持することができる。そして、ブロッティングトレイにおけるメンブレンコームの位置を検出することにより、サンプル吐出時の最適なパラメータで吐出移動を行うようにし、メンブレンコームに対してサンプルを円滑且つ適正に浸み込ませることができる。また、メンブレンコームに対するディスポーザブルチップの位置を適正に設定保持し、サンプルの落下不良やサンプル詰まり等を防止することができる。

また、吐出パラメータを最適化することで、要処理時間を有効に短縮することができるとともに、サンプルを均等に吐出することができ、さらにメンブレンコームに曲がりや反り等があった場合でも事前にエラー検出が可能である等の利点を有する。

以下、図面に基づき、本発明における好適な実施の形態を説明する。
図１は、この実施形態における本発明装置の概略構成を示している。図２は、装置構成を示すブロック図である。この実施形態において、サンプル（試料）をメンブレンコームに浸透させるように分注するものとする。分注装置１０のワークエリア上には図１のようにサンプルラック１１が配置され、このサンプルラック１１のサンプルが、ブロッティングトレイ１２上にセットされたメンブレンコーム１００（図５）に分注される。なお、サンプルラック１１としては、たとえば９６ウェルのマイクロプレートが使用される。

また、この例では分注に際してディスポーザブルチップを使用し、多数のディスポーザブルチップ１３がチップラック１４に収納されている。ディスポーザブルチップ１３は、後述するチップフィッティングに装着され、基本的には分注毎にチップフィッティングから取り外される。このためチップフィッティングからディスポーザブルチップを取り外すためのチップリムーバ１５が配置されている。

ここで、図２に示されるようにチップフィッティング１６にはディスポーザブルチップ１３が取り付けられ、このチップフィッティング１６を介してディスポーザブルチップ１３を所望位置に位置決めし、且つ搬送することができる。そのためチップフィッティング１６をワークエリア上で自在に移動させるための搬送機構を有する。この搬送機構は、ここではその詳細構造について説明を省略するが、Ｘ，Ｙ，Ｚ３軸座標系で移動可能であり、Ｘ，Ｙ軸方向に搬送ガイドするＸ−Ｙ軸駆動機構と、Ｚ軸方向（上下方向）に搬送ガイドするＺ軸駆動機構とを持つ。これらの駆動機構は制御部１７の命令によりＸ，Ｙ，Ｚ軸駆動部１８を介して駆動制御され、協働してチップフィッティング１６、従ってディスポーザブルチップ１３を適正かつ円滑に搬送することができるように構成される。

また、図２においてチップフィッティング１６にはポンプ１９が接続され、このポンプ１９によってディスポーザブルチップ１３に対する吸引及び吐出が行われる。ポンプ１９は制御部１７の命令によりポンプ駆動部２０を介して駆動制御され、その出力である吸引及び吐出圧力は圧力センサ２１により検出されるようになっている。圧力センサ２１により検出された圧力値は増幅回路２２によって増幅され、コンパレータ２６によってメモリ２４に記憶されたデータと比較される。コンパレータ２６の比較結果は判定部２７により判定される。

また、この例では変位式ジャミングセンサ２８を有し、その出力は増幅回路２９を経てジャミング検出部３０に送出される。この場合、チップフィッティング１６にはジャミングバネが取り付けられており、このジャミングバネの変位量を測定することによりディスポーザブルチップ１３の先端が対象物に接触したかどうかを判断することができる。変位式ジャミングセンサ２８は０．１〜０．２ｍｍ程度の変位量を検出することが可能である。本発明ではまた、ディスポーザブルチップ１３は導電性を有しており、これにより電極式ジャミングセンサが構成される。すなわち、ディスポーザブルチップ１３はジャミング検出部３１と接続され、その接触相手との導通の有無により接触状態を判定することができるようになっている。

本発明装置においてまた、各種データ等の入力部３２や各種情報等の表示部３３を備えており、さらに装置動作上使用するデータ等を記憶するメモリ３４を内蔵している。

メンブレンコーム１００がセットされるブロッティングトレイ１２は、図３のようにブロッティングトレイラック３５に搭載される。ここで、メンブレンコーム１００は図５に示されるように、たとえば幅０．９ｍｍのメンブレンが櫛の歯状に１．５ｍｍピッチで形成されており、この櫛歯状のサンプル吐出部位１００ａにサンプルが吐出される。

ブロッティングトレイ１２は金属製、すなわち導電性を有するとともに、図４に示されるようにメンブレンコーム１００をセットするための載置部１２ａを有する。この場合、セットされたメンブレンコーム１００のサンプル吐出部位１００ａ相互間を隔絶する仕切部１２ｂが多数形成されている。なお、ブロッティングトレイラック３５には、搭載されたブロッティングトレイ１２のＸ，Ｙ軸方向位置を微調整するためのアジャストスクリュ３５ａ，３５ｂが設けられている。

また、この例ではブロッティングトレイ１２の側近に、チップフィッティング１６に装着されたディスポーザブルチップ１３の曲がりを検出するチップ曲がりセンサ３６が配置される。このチップ曲がりセンサ３６は箱状を呈し、Ｌ字型のスリット３６ａの内側にたとえばフォトインタラプタ等のセンサが配設されている。スリット３６ａに沿ってディスポーザブルチップ１３の先端部を走行させることで、フォトインタラプタの出力が曲がり検出部３７（図２）に送出され、これによりディスポーザブルチップ１３の曲がりを検出することができるようになっている。

上記構成において、つぎに本発明装置の作動例を図７及び図８のフローチャートを参照しながら説明する。先ず、ステップＳ１において図６に示されるように、ブロッティングトレイ１２上の適正位置にメンブレンコーム１００をセットする。一方、ステップＳ２において、チップフィッティング１６にディスポーザブルチップ１３を装着する。この場合、チップフィッティング１６をチップラック１４上に移動し、さらにＺ軸方向に下降することにより所定のディスポーザブルチップ１３が装着される。

つぎに、ステップＳ３において、装着されたディスポーザブルチップ１３をチップ曲がりセンサ３６へ移動し、さらにステップＳ４において、そのディスポーザブルチップ１３の先端の曲がりを検出するとともに、サンプルを吸引及び吐出する位置を補正する。予め基準チップを使用してチップ曲がりセンサ３６によって基準値が設定されており、この基準値に基づき当該ディスポーザブルチップ１３の位置補正が行われる。

ステップＳ５において、ディスポーザブルチップ１３をＸ，Ｙ軸方向へ移動させ、ブロッティングトレイ１２へ移動する。ここでは、分注を開始する予備段階としてメンブレンコーム１００の形状（特に櫛歯状のサンプル吐出部位１００ａ）を測定・確認する。つぎに、ステップＳ６において、ディスポーザブルチップ１３をＺ軸方向に下降させ、変位式ジャミングセンサ２８によりブロッティングトレイ１２を検出する。この場合、図９（ａ）のようにディスポーザブルチップ１３の先端がメンブレンコーム１００のサンプル吐出部位１００ａに接触した位置で停止させる。

前述したように変位式ジャミングセンサ２８は、ジャミングバネの変位量を測定することによりディスポーザブルチップ１３の先端が対象物に接触したかどうかを判断することができる。変位式ジャミングセンサ２８がオン（ＯＮ）することでＺ軸を停止させると、そのときジャミングバネは０．１〜０．２ｍｍ程度収縮し、これによりディスポーザブルチップ１３の先端は略１００ｇ程度の荷重で、ブロッティングトレイ１２にセットされているメンブレンコーム１００の吐出部位１００ａを押圧する。

ステップＳ７において、この押圧状態でディスポーザブルチップ１３を、図９（ｂ）のようにＹ軸方向手前に移動する。このときディスポーザブルチップ１３の先端は吐出部位１００ａの先端を通過すると、ジャミングバネによってさらに押し出され、これによりディスポーザブルチップ１３の先端がブロッティングトレイ１２（の上表面）と直接接触する。この接触により両者間の電位差がゼロ（０）となり、これによって電極式ジャミングセンサの信号がオンとなり、メンブレンコーム１００の先端（櫛歯状部位）を検出することができる。

ステップＳ８において、上記のように検出したメンブレンコーム１００の先端位置（Ｙ座標）が登録され、Ｙ軸方向に沿った吐出時移動（Ｙチルト）距離Ｌを設定する。なお、吐出時移動距離Ｌを設定するに当たり、分注時にディスポーザブルチップ１３の先端がメンブレンコーム１００から外れないようにするために、実際にはＹチルト終了位置は、検出されたメンブレンコーム１００の先端位置よりも適度に内側もしくは奥側に設定する。このように一旦、吐出時移動距離Ｌを登録しておくことにより、同一のメンブレンコーム１００上であれば全ての分注工程に適用することができる。

ステップＳ９において、上記のように使用してきたディスポーザブルチップ１３をチップリムーバ１５によって一旦、取り外す。これにより分注の予備段階が終了する。

つぎに、ステップＳ１０において、上記と同様に新たなディスポーザブルチップ１３を取り付ける。
ステップＳ１１において、装着された新たなディスポーザブルチップ１３をチップ曲がりセンサ３６へ移動し、さらにステップＳ１２において、そのディスポーザブルチップ１３の先端の曲がりを検出するとともに、サンプルを吸引及び吐出する位置を補正する。

なお、ステップＳ１１におけるディスポーザブルチップ１３の先端の曲がり検出後、上記と同様に変位式ジャミングセンサ２８によりブロッティングトレイ１２を検出し、さらに電極式ジャミングセンサによりメンブレンコーム１００の先端を検出するとよい。

つぎに、ステップＳ１３において、ディスポーザブルチップ１３をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動させ、サンプルラック１１の吸引位置へ移動する。ステップＳ１４において、サンプルを吸引する。サンプル吸引に際して、制御部１７によりポンプ駆動部２０を介してポンプ１９を作動させ、ディスポーザブルチップ１３の先端より所定量、この例では０．５μｌのサンプルを吸引する。サンプル吸引後、ステップＳ１５においてＺ軸方向の原点まで高速上昇する。

つぎに、ステップＳ１６において、ディスポーザブルチップ１３をＸ，Ｙ軸方向へ移動させ、ブロッティングトレイ１２の吐出位置へ移動する。予め設定されたメンブレンコーム１００の目標とする吐出部位１００ａ位置に到達したら、ステップＳ１７において図１０（ａ）のようにブロッティングトレイ１２面上１〜２ｍｍ（好適には１．５ｍｍ程度）までＺ軸方向に高速下降し、この位置で一旦停止する。

ステップＳ１８において、Ｚ軸方向に減速下降し、変位式ジャミングセンサ２８によりブロッティングトレイ１２にセットされたメンブレンコーム１００を検出する。この場合、ステップＳ１９において電極式ジャミングセンサの信号がオフなっているか、すなわち、メンブレンコーム１００が適正にセットされ、吐出部位１００ａが正確に配置されているかを確認する。電極式ジャミングセンサの信号がオンの場合には適正にセットされていないことであるから、ステップＳ２０においてエラー処理を行い、たとえば当該ディスポーザブルチップ１３を取り外し、再度やり直す。

ステップＳ２１において、電極式ジャミングセンサがオフならばＺ軸方向に停止後、低速上昇し、ディスポーザブルチップ１３の先端をメンブレンコーム１００（吐出部位１００ａ）の上表面から０．２ｍｍ程度浮かせる。

つぎに、ステップＳ２２において、サンプルを吐出する。この場合、上記のようにディスポーザブルチップ１３を僅かに浮かせた状態で、ポンプ１９を作動させることにより図１０（ｂ）のようにサンプルの吐出を開始する。ステップＳ２３において、サンプル吐出と同時にディスポーザブルチップ１３をＹ軸方向に移動するが、予めサンプル吐出速度ｖ_pを決めておく。吐出時移動距離Ｌは既に設定されており、吐出量ＶとするとＹ軸方向の吐出時移動速度ｖ_yは次式により表される。
ｖ_y＝Ｌ／（Ｖ／ｖ_p）

サンプル吐出開始と同時にＹ軸方向の移動も開始し、またサンプル吐出終了と同時にディスポーザブルチップ１３の先端はＹ軸方向の移動終点に到達する。このようにサンプル吐出量と吐出時移動速度の関係を設定することで、メンブレンコーム１００の吐出部位１００ａに対してサンプルを均等に吐出することができる。ステップＳ２４において、サンプル吐出後、適当なタイムラグを設定し（たとえば３００ｍｓ程度）、ディスポーザブルチップ１３内のサンプルが完全に吐出されるのを待つ。

ステップＳ２５において、ディスポーザブルチップ１３の先端についている液滴をメンブレンコーム１００に完全に分注するためにタッチオフ動作を行う。ここではディスポーザブルチップ１３を低速下降させ、再び変位式ジャミングセンサ２８によりブロッティングトレイ１２のメンブレンコーム１００を検出する。ついで、ステップＳ２６において、Ｚ軸方向に数ｍｍ（たとえば５ｍｍ程度）低速上昇させ、ステップＳ２７において、Ｚ軸方向の原点まで高速上昇させる。ステップＳ２８において、使用後のディスポーザブルチップ１３をチップリムーバ１５によって取り外す。さらに、ステップＳ２９において、所定数のサンプルを分注したら作業終了とする。なお、分注するサンプルが残存している場合には、同様の動作を繰り返す。

上記の場合、たとえば図１１に示すようにサンプル吐出時にメンブレンコーム１００に曲がりや反り等があり、あるいはブロッティングトレイ１２に適正にセットされていないとき、そのままでは図１１（ｂ）のように分注エラーが発生する。これに対して本発明では電極式ジャミングセンサの信号がオフなっているか、すなわちサンプルメンブレンコーム１００が適正にセットされていることを確認し、この場合にのみ分注動作に移行する。したがって、上記のようなメンブレンコーム１００のセット不良の場合でも、分注エラーが発生するのを確実に防止することができる。なお、電極式ジャミングセンサの信号がオンの場合には分注動作を中止し、ディスポーザブルチップ１３内のサンプルを元の容器に戻してエラー表示を行うようにしてもよい。

以上説明したように本発明によれば、変位式ジャミングセンサ２８によりブロッティングトレイ１２におけるメンブレンコーム１００の位置を検出することにより、ディスポーザブルチップ１３がメンブレンコーム１００から離れ過ぎてサンプルが落下せず、あるいはディスポーザブルチップ１３の先端がメンブレンコーム１００に接近し過ぎてサンプル詰まりを起こす等のトラブルを防止することができる。

また、たとえばサンプル吐出量と吐出時移動速度の関係を好適に設定し、このように最適なパラメータで吐出移動を行うようにした。これによりサンプルが液滴となって撥ねるのを防止し、メンブレンコーム１００に対してサンプルを円滑且つ適正に浸み込ませることができる。

また、上記のように吐出パラメータを最適化することで、要処理時間を有効に短縮することができる等の利点がある。また、メンブレンコーム１００の吐出部位１００ａに対してサンプルを均等に吐出することができる上、メンブレンコーム１００に曲がりや反り等があった場合でも事前にエラー検出が可能である。

以上、本発明を種々の実施形態とともに説明したが、本発明はこれらの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。
たとえば、メンブレンコーム１００側をＸ，Ｙ軸に移動可能に構成し、メンブレンコーム１００側をＹ軸方向へ移動させながら、ディスポーザブルチップ１３からメンブレンコーム１００へサンプルを分注するようにしてもよい。
また、上記実施形態において説明した具体的数値等は、これらに限定されず必要に応じて適宜変更等が可能である。

本発明の実施形態におけるメンブレンコームの自動分注装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の実施形態における自動分注装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るブロッティングトレイ及びそのラックの例を示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるブロッティングトレイの例を示す平面図である。 本発明の実施形態におけるメンブレンコームの構成例を示す平面図である。 本発明の実施形態におけるメンブレンコーム及びブロッティングトレイの例を示す斜視図である。 本発明の実施形態における作動例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における作動例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態におけるチップ移動距離の設定方法の例を示す図である。 本発明に実施形態におけるサンプル吐出動作の例を示す図である。 サンプル吐出時のエラーを仮想した動作例を示す図である。

符号の説明

１０ 自動分注装置
１１ サンプルラック
１２ ブロッティングトレイ
１３ ディスポーザブルチップ
１４ チップラック
１５ チップリムーバ
１６ チップフィッティング
１９ ポンプ
２１ 圧力センサ
２８ 変位式ジャミングセンサ
３０ ジャミング検出部
１００ メンブレンコーム

Claims (8)

1. サンプルをメンブレンコームに浸み込ませるように分注する自動分注装置であって、
   ノズルチップが装着されるノズルを位置決め移動可能な移動機構と、前記ノズルチップにサンプルを吸引及び吐出させるポンプ機構と、前記メンブレンコームを保持するブロッティングトレイと、前記ノズルチップの前記メンブレンコームに対する接触状態を検知するジャミングセンサとを備え、
   前記ノズルチップが前記メンブレンコームの分注部位に沿って移動しながら、前記サンプルを吐出するようにしたことを特徴とする自動分注装置。
2. 前記ブロッティングトレイは導電性を有するとともに、前記メンブレンコームをセットするための載置部を有し、前記メンブレンコームのサンプル吐出部位相互間を隔絶する仕切部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の自動分注装置。
3. 前記ジャミングセンサは、ジャミングバネの変位により前記ノズルチップの変位量を検出する変位式ジャミングセンサと、前記ノズルチップの電気的導通により前記ノズルチップの接触状態を検出する電極式ジャミングセンサとを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の自動分注装置。
4. 前記ノズルチップは、ディスポーザブルチップとして構成されるとともに、該ディスポーザブルチップを取り外すチップリムーバを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動分注装置。
5. サンプルをメンブレンコームに浸み込ませるように分注する自動分注方法であって、
   サンプルを吸引したノズルチップを前記メンブレンコームの分注部位に沿って移動させながら、前記サンプルを吐出することにより、前記メンブレンコームに前記サンプルを均等に分注するようにしたことを特徴とする自動分注方法。
6. 前記サンプルを吐出する際の前記ノズルチップの移動距離を予め設定するとともに、前記ノズルチップの移動開始点及び終点を、前記サンプルの吐出開始点及び終点と整合させることを特徴とする請求項５に記載の自動分注方法。
7. 前記ノズルチップの移動距離を設定する際、前記ノズルチップを前記メンブレンコームの分注部位に一旦接触させ、この接触状態でのノズルチップ移動中における該ノズルチップの電気的導通の変化に基づいて、前記移動距離を算出することを特徴とする請求項５又は６に記載の自動分注方法。
8. 前記サンプルを吐出する際、前記ノズルチップが前記メンブレンコームの分注部位直上に位置するように前記ノズルチップの高さ位置を設定保持することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の自動分注方法。

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