JP4479654B2 - Method and apparatus for liquid dispensing - Google Patents

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本発明は、化学、工業、臨床、バイオ技術などの分野で使用される分析装置において、サンプルや試薬を分注するための方法と装置に関するものである。  The present invention relates to a method and an apparatus for dispensing a sample or a reagent in an analyzer used in fields such as chemistry, industry, clinical practice, and biotechnology.

対象分子の質量を分析する目的で、質量分析装置に装着されたサンプルプレート上に配置された試料にレーザー光を照射することにより試料をイオン化して分析するレーザー脱離イオン化質量分析方法が行なわれている。試料をサンプルプレート上に配置して作成する際、マトリックスを使用する方法と、使用しない方法がある。
マトリックスを使用する方法を飛行時間型質量分析装置と組み合わせた方法は、MALDI−TOF(マトリックス支援型レーザー脱離イオン化−飛行時間)質量分析方法と呼ばれている。MALDI−TOFでは、測定試料はマトリックス溶液とともにサンプルプレートに滴下し、乾燥後測定を行なっている。
一方、対象試料としては、生体分子を電気泳動等により分離した後、メンブレンに転写して固相化し、そのメンブレンに固相化された試料に対しピエゾ素子による微量分注技術を利用してメンブレン上で各種反応を行ない生成する反応産物を利用して質量分析する方法が提唱されている(国際公開第WO98/47006号パンフレット参照。)。
メンブレン上に展開して固相化された物質を検出する方法として、免疫ブロット法がある。免疫ブロット法は一般にはウェスタンブロット法とも呼ばれ、タンパク質試料等を電気泳動により展開し、その後メンブレンに固相化した後に、対象物質に対する特異抗体をプローブとして反応させてその存在を検出する方法である。
サンプルプレート、又はサンプルプレート上にメンブレンを固定した対象物にピエゾ素子などによる分注機構により試薬やサンプルを分注した後、そのサンプルプレートなどを別の装置、例えば質量分析系やその他の分析装置、又は前処理装置に移し変えて分析や次の処理を行なう。
サンプルプレートやメンブレンに展開したスポットのみに正確に試薬やサンプルを分注することがまず必要になる。
分注機構で分注素子が詰まったり、他の試薬やサンプルを分注するために分注素子(分注素子という)を交換できるようになっていることが好ましい。その際、分注素子を新たに装着したり、交換したりしたときに、所定の位置からずれることがある。
試薬やサンプルを分注したサンプルプレートは次の分析装置や処理装置に移し替えたとき、試薬などを分注した位置を正確に知る必要がある。
対象物に対し処理を施したときにその位置情報を知りたいという要請は、液体分注装置に限らず種々の分析装置や処理装置で共通している。
サンプル、試薬にかかわらず、液相を用いることの多い分析装置の分野では、分析の際に使用する溶液の量を減らす試みが行われている。これは、貴重なサンプルの無駄を省くためや高価な試薬の使用量を減らすためのみならず、溶液間の生化学的な反応においては、溶液の量が少ないほど反応にかかる時間が短くてすむため、実験の処理効率をあげるために有効な方法だからである。
微量溶液で反応を実行するためには、サンプル又は試薬を微量に分注する分注装置が必要である。微量の液を分注するための方法として、ピエゾ素子などの圧電素子を用いた方法やバルブの開閉による方法、溶液を局所的に加熱してできる気泡を用いる方法など、様々なものが実用化されている。
微量な液体を目的の容器に分注する際には、圧電素子であれば素子への電圧の与え方、バルブを用いるのであれば開閉時間など、種々のパラメータの微妙な制御が要求される。これらのパラメータを最適化するため、また、数多くのポジションに分注する際には分注時間も長期にわたるため、分注する液滴の形状をモニタして分注機のおかれている環境の変化や圧電素子の経時変化に対応するために、分注ヘッド先端部に形成される液滴の画像を撮像装置で取り込んでモニタすることが行われている。
第16図に分注ヘッド先端部をモニタする撮像装置を設けた従来の分注装置を示す。
102は試薬を分注する分注機構であり、その下端にノズルを有し、微量の試薬を滴下できるようになっている。分注機構102の下部にはX−Yテーブル104が配置されており、X−Yテーブル104上には試薬の分注される対象物が載置される。X−Yテーブル104は水平面内でX方向とY方向に移動し、対象物の試薬分注位置を分注機構102のノズルの下方に位置決めする。
106はノズル先端部に形成される液滴の状態をモニタする撮像装置であり、透過画像でモニタするために撮像装置106と反対側には光源108が配置されている。
目標とする分注ポジションに正確に分注するためには、分注ノズル先端部と対象物の距離は短いほうが好ましい。そのため、分注状態をモニタリングする撮像装置106は、水平状態に、すなわちノズル先端部と同じ高さに設置されている。
また、対象物上の多数のポジションで安定した分注を行うために、第16図に示されているように、対象物はX−Yテーブル104などの可動テーブルに乗せられる。
撮像装置106を水平方向に設置し、かつ、X−Yテーブル104と撮像装置106との間の干渉を避けようとすると、撮像装置106をX−Yテーブル104の移動範囲外に取り付けなければならず、装置が大型化する。
ピエゾチップを備えた分注装置としては、吐出部が下向きの開口をもち、その吐出部につながる空間に充填された液を、ピエゾ素子を備えた駆動部により押圧することによりその吐出部から液滴を吐出するピエゾチップを備えた分注ユニットがある。
そのような分注装置で、ピエゾチップから液を微量分注する場合、そのピエゾチップの先端に余分な液が存在せず、ちょうど先端まで液が充填された状態を保たなくては意図した液量の液滴を吐出させることはできない。
そのため、これまでは、分注を開始する前のテスト分注においてピエゾチップ先端をCCDカメラ等で撮像して拡大表示し、その画像を見ながらマニュアル操作で充填し、余分な液が先端から漏れていれば拭き取るという操作を行なっていた。
しかし、従来のマニュアルによる方法では、ピエゾチップへの液の充填は経験がないとなかなかうまくできず、意図した大きさの液滴を作り出すことが困難であった。
サンプル液や試薬液などのpL〜μLの微量分注はピエゾ方式やシリンジ方式で行われている。
ピエゾ方式の分注装置は、第17図に示されるように、先端に吐出部をもつピエゾチップ302を備えている。ピエゾチップ2は吐出部につながる液溜めを、ピエゾ素子を備えた駆動部により押圧することにより吐出部から液滴306を吐出する。駆動部を制御して一定の大きさの液滴を吐出するために、ピエゾ分注制御部304が設けられており、ピエゾ分注制御部304に設定されたピエゾ素子駆動のパラメータに従ってピエゾチップ302から液滴306を吐出する。
シリンジ方式の分注装置は、第18図に示されるように、シリンジポンプ310につながるプローブ312からの液滴6の吐出を、シリンジポンプ310を作動させるモータ314を駆動することにより行なう。プローブ312の先端にはディスポーザブル(使い捨て)チップ316が設けられることもある。チップ316はサンプル又は試薬ごとに付け替えられる。シリンジポンプ310の動作パラメータが設定されたものになるように、シリンジ分注制御部318によりモータ314の駆動を制御することにより、所定の大きさの液滴306が吐出される。
吐出しようとするサンプルや試薬の粘性などの液性によって吐出条件を設定しているが、温度など環境条件の変化によって吐出される液滴の大きさは変化する。また液滴が微量になればなるほど定量性にかけてくる。
本発明は、分注すべき位置に正確に分注できるようにすることを目的とするものである。
For the purpose of analyzing the mass of target molecules, a laser desorption ionization mass spectrometry method has been carried out in which a sample placed on a sample plate mounted on a mass spectrometer is ionized and analyzed by irradiating the sample with a laser beam. ing. When preparing a sample by placing it on a sample plate, there are a method using a matrix and a method not using it.
A method in which a method using a matrix is combined with a time-of-flight mass spectrometer is called a MALDI-TOF (matrix-assisted laser desorption ionization-time-of-flight) mass spectrometry method. In MALDI-TOF, a measurement sample is dropped on a sample plate together with a matrix solution, and measurement is performed after drying.
On the other hand, as a target sample, biomolecules are separated by electrophoresis, etc., transferred to a membrane and solidified, and the membrane is solidified on the membrane using a micro-dispensing technique using a piezo element. A method of performing mass spectrometry using reaction products produced by performing various reactions is proposed (see International Publication No. WO 98/47006 pamphlet).
There is an immunoblot method as a method for detecting a substance that is spread on a membrane and is immobilized. In general, immunoblotting is also called Western blotting, in which a protein sample is developed by electrophoresis, solidified on a membrane, and then reacted with a specific antibody against the target substance as a probe to detect its presence. is there.
After a reagent or sample is dispensed to a sample plate or an object with a membrane fixed on the sample plate by a dispensing mechanism such as a piezo element, the sample plate is separated from another device, such as a mass spectrometry system or other analytical device. Alternatively, transfer to a pre-processing device to perform analysis and next processing.
It is first necessary to accurately dispense reagents and samples only to the spots developed on the sample plate and membrane.
It is preferable that the dispensing element is clogged by the dispensing mechanism, or that the dispensing element (referred to as a dispensing element) can be replaced in order to dispense another reagent or sample. In that case, when a dispensing element is newly installed or replaced, it may shift from a predetermined position.
When the sample plate into which the reagent or sample has been dispensed is transferred to the next analyzer or processing apparatus, it is necessary to know the exact position where the reagent has been dispensed.
The request to know the position information when processing an object is not limited to the liquid dispensing device, but is common to various analysis devices and processing devices.
In the field of analyzers that often use a liquid phase regardless of sample or reagent, attempts have been made to reduce the amount of solution used for analysis. This not only saves valuable sample waste and reduces the amount of expensive reagents used, but in biochemical reactions between solutions, the smaller the amount of solution, the shorter the reaction time. Therefore, it is an effective method for increasing the processing efficiency of the experiment.
In order to carry out the reaction with a small amount of solution, a dispensing device for dispensing a sample or reagent in a minute amount is necessary. Various methods have been put to practical use, such as a method using a piezoelectric element such as a piezo element, a method by opening and closing a valve, and a method using bubbles generated by locally heating a solution as a method for dispensing a small amount of liquid. Has been.
When dispensing a small amount of liquid into a target container, delicate control of various parameters is required, such as how to apply a voltage to the element if a piezoelectric element, and opening and closing time if a valve is used. In order to optimize these parameters, and when dispensing into many positions, the dispensing time is long, so the shape of the droplet to be dispensed is monitored and the environment where the dispenser is located In order to cope with the change and the change with time of the piezoelectric element, an image of a droplet formed at the tip of the dispensing head is captured by an imaging device and monitored.
FIG. 16 shows a conventional dispensing device provided with an imaging device for monitoring the tip of the dispensing head.
Reference numeral 102 denotes a dispensing mechanism for dispensing a reagent, which has a nozzle at its lower end so that a small amount of reagent can be dropped. An XY table 104 is disposed below the dispensing mechanism 102, and an object to which a reagent is dispensed is placed on the XY table 104. The XY table 104 moves in the X direction and the Y direction within the horizontal plane, and positions the reagent dispensing position of the object below the nozzle of the dispensing mechanism 102.
Reference numeral 106 denotes an image pickup apparatus that monitors the state of droplets formed at the tip of the nozzle. A light source 108 is disposed on the opposite side of the image pickup apparatus 106 for monitoring with a transmission image.
In order to dispense accurately to the target dispensing position, it is preferable that the distance between the tip of the dispensing nozzle and the object is short. Therefore, the imaging device 106 that monitors the dispensing state is installed in a horizontal state, that is, at the same height as the nozzle tip.
Further, in order to perform stable dispensing at a large number of positions on the object, the object is placed on a movable table such as an XY table 104 as shown in FIG.
If the imaging device 106 is installed in the horizontal direction and interference between the XY table 104 and the imaging device 106 is to be avoided, the imaging device 106 must be attached outside the movement range of the XY table 104. Therefore, the device becomes larger.
As a dispensing device equipped with a piezo chip, the discharge part has a downward opening, and the liquid filled in the space connected to the discharge part is pressed by a drive part equipped with a piezo element, and the liquid is discharged from the discharge part. There is a dispensing unit with a piezo chip that ejects drops.
When dispensing a small amount of liquid from a piezo chip with such a dispensing device, there was no excess liquid at the tip of the piezo chip, and it was intended that the liquid was just filled to the tip. Liquid droplets cannot be ejected.
For this reason, until now, in the test dispensing before starting dispensing, the tip of the piezo chip is imaged with a CCD camera or the like, enlarged and displayed, and filled with manual operation while viewing the image, and excess liquid leaks from the tip. If so, it was wiped off.
However, with the conventional manual method, filling the piezo chip with liquid has been difficult without experience and it has been difficult to produce droplets of the intended size.
A small amount of pL to μL such as sample liquid and reagent liquid is dispensed by a piezo method or a syringe method.
As shown in FIG. 17, the piezo-type dispensing device includes a piezo chip 302 having a discharge portion at the tip. The piezo chip 2 ejects droplets 306 from the ejection unit by pressing a liquid reservoir connected to the ejection unit with a driving unit having a piezo element. A piezo dispensing control unit 304 is provided to control the driving unit to discharge a droplet having a certain size, and the piezo chip 302 is set according to the piezo element driving parameters set in the piezo dispensing control unit 304. A droplet 306 is discharged from the nozzle.
As shown in FIG. 18, the syringe-type dispensing apparatus discharges the droplet 6 from the probe 312 connected to the syringe pump 310 by driving a motor 314 that operates the syringe pump 310. A disposable (disposable) tip 316 may be provided at the tip of the probe 312. The chip 316 is replaced for each sample or reagent. By controlling the driving of the motor 314 by the syringe dispensing control unit 318 so that the operation parameters of the syringe pump 310 are set, a droplet 306 having a predetermined size is discharged.
Although the discharge conditions are set according to the liquid property such as the viscosity of the sample to be discharged and the reagent, the size of the discharged liquid droplets changes depending on the environmental conditions such as the temperature. Also, the smaller the amount of droplets, the more quantitative it becomes.
An object of the present invention is to enable accurate dispensing to a position to be dispensed.

本発明の第1の局面は、分注すべき位置を指定することができ、指定した位置に自動的に分注できるようにする分注装置によって上記目的を達成するものである。
その第1の局面の分注装置は、サンプル又は試薬を滴下する分注素子を備えた分注機構と、下方の画像を読み取る画像読取り装置と、サンプル又は試薬が分注される対象物を上面に支持し、水平面内で移動して前記対象物を少なくとも前記分注素子の下方の分注位置及び前記画像読取り装置の下方の画像読取り位置に位置決めする可動テーブルと、前記画像読取り装置が読み取った画像を表示するモニター部と、前記モニター部に表示された前記対象物の画像に基づいて対象物上の分注位置を指定する分注位置指定部と、前記分注位置指定部が指定した対象物上の分注位置が前記分注機構の分注素子の下方にくるように前記対象物と分注素子との相対的位置決めを行ない前記分注機構による分注動作を制御する分注制御部とを備えている。
第1の局面の分注装置によれば、画像読取り装置が読み取った画像をモニター部に表示し、そのモニター部に表示された対象物の画像に基づいて対象物上の分注位置を指定することにより、分注制御部が対象物と分注素子との相対的位置決めを行ない分注機構による分注動作を制御するようにしたので、モニター部に表示された画像上で分注位置を指定することにより、その指定された位置に試薬やサンプルが自動的に分注される。
分注機構は分注素子を複数個備え、共通の分注位置又は異なる分注位置に複数種類の試薬やサンプルを注入できるようにしてもよい。
分注位置情報作成部をさらに備え、分注位置指定部が指定し分注動作がなされた対象物上の分注位置に関する分注位置情報を作成するようにしてもよい。これにより、対象物のどの位置に分注がなされたかを情報として残すことができる。
さらに、分注位置情報作成部は作成した分注位置情報を外部に出力できるものとしてもよい。試薬やサンプルが分注された対象物は、質量分析装置などの分析装置に移送されたり、必要に応じて前処理装置に移送される。その際、移送先の分析装置や前処理装置では、分注位置情報作成部が作成し出力した分注位置情報を取りこみ、その対象物の分注された位置を知ることにより分注位置の分析を行なったり、分注位置に前処理を施したりする作業を容易に行なうことができるようになる。
分注位置指定部はモニター部に表示された対象物の画像上で、例えばカーソルにより分注位置を指定するようにするものとすることができる。
分注動作をモニターして分注素子からの吐出量を調整するために、分注素子の先端部を撮像する撮像装置をさらに備えることができる。その場合、分注機構が複数の分注素子を備えている場合には、撮像装置は分注素子のうち分注動作を行なう分注素子の先端部を撮像するように、分注動作を行なう分注素子の変更に伴って移動できるように移動機構に支持されている。
本発明の第2の局面は、分注素子を新たに装着したり、交換したりしたときにも正確な分注動作を行なうことができるようにすることによって上記目的を達成するものである。
その第2の局面の分注装置は、サンプル又は試薬を滴下する分注素子が着脱可能になっている分注機構と、下方の画像を読み取る画像読取り装置と、サンプル又は試薬が分注される対象物を上面に支持し、水平面内で移動して前記対象物を少なくとも前記分注素子の下方の分注位置及び前記画像読取り装置の下方の画像読取り位置に位置決めする可動テーブルと、前記分注機構により前記可動テーブル上の所定の位置に分注を行なったときの前記画像読取り装置による読取り画像に基づいて分注位置を検出し、同時に読み取った前記可動テーブル上の基準となるベースポイントを基にして分注位置の校正を行なう校正部とを備えている。
分注機構の分注素子は所定の位置に装着されるようになっているが、装着した分注素子の分注位置が常に同じ位置になるようにするには、分注素子装着部分に高度な機械加工精度が要求される。また、個々の分注素子には機差がある。そのため、分注位置が所定の位置になるように分注素子の装着を調整しようとすれば高度な機械加工精度と熟練した調整能力が要求される。
しかし、第2の局面の液体分注装置では、分注機構の分注素子が着脱可能になっており、分注素子により可動テーブル上の所定の位置に分注を行なったときの画像読取り装置による読取り画像に基づいて分注位置を検出し、同時に読み取った可動テーブル上の基準となるベースポイントを基にして分注位置の校正を行なうようにしたので、分注素子の装着や交換に伴う調整作業が簡単なものになる。
第2の局面は分注素子を複数個備えたものも含んでいる。その場合、校正部は各分注素子について校正を行なう。
本発明の第3の局面は、液体分注その他の処理を施した位置に関する正確な情報を作成できるようにする位置情報読取り装置により上記目的を達成するものである。
その第3の局面の位置情報読取り装置は、テーブル上の対象物の画像を読み取る画像読取り装置と、前記画像読取り装置が読み取った画像を基にして、その画像中で指定された位置の情報又は検出された位置の情報をその対象物上の基準となる複数のリファレンスポイントを基にして作成する位置情報作成部とを備えている。
対象物上の指定位置の情報を得る場合には、画像読取り装置が読み取った画像を表示するモニター部と、前記モニター部に表示された前記対象物の画像に基づいて対象物上の位置を指定する位置指定部とをさらに備え、前記位置情報作成部は前記位置指定部が指定した対象物上の位置の情報を作成するものとする。
位置情報読取り装置は、画像読取り装置が読み取った画像を基にして、その画像中で指定された位置の情報又は検出された位置の情報をその対象物上の基準となる複数のリファレンスポイントを基にして作成するようにしたので、リファレンスポイントを基にして対象物内での位置情報を正確に定めることができる。
そして、対象物を分析装置などに移動させた場合にも、そのリファレンスポイントを基にしてその位置情報から対象物内での目的とする位置に正確に位置決めすることができるようになる。
前記画像読取り装置は対象物の画像とともに前記テーブルの画像も読み取るものとし、前記位置情報作成部は前記対象物上の位置をテーブル上の基準となる複数のベースポイントを基にして作成するものとすることができる。これにより、対象物内での目的とする位置の情報をベースポイントを基にして正確に定めることができる。そして、対象物をいったんテーブルから取り外し、再びテーブルに取り付けた場合にも、そのベースポイントを基にしてその位置情報から対象物内での目的の位置に正確に位置決めすることができるようになる。
位置情報作成部は作成した位置情報を外部に出力できるものとすれば、その対象物を分析装置など他の装置に移送した場合にも、その位置情報を利用して目的とする位置に正確に位置決めすることができる。
本発明の第4の局面は、液体分注その他の処理を施した位置に関する正確な情報を作成できるようにするサンプルプレートにより上記目的を達成するものである。
その第4の局面のサンプルプレートは、位置情報を正確に得るのに好都合なものであって、サンプル又は試薬が分注される表面をもつ板状体であって、その表面内に位置の基準となる複数のマークを備えている。
そのサンプルプレートはサンプル又は試薬が分注される表面内に位置の基準となる複数のマークを備えているので、サンプルプレート内の分注位置の正確な位置情報を作成するのに好都合である。
本発明の第5の局面は、た分注装置を小型化するとともに、分注状態をモニタできる機構を備えることにより上記目的を達成するものである。
その第5の局面の分注装置は、サンプル又は試薬を滴下するノズルを備えた分注機構と、サンプル又は試薬が分注される対象物を上面に支持し、水平面内で移動して前記対象物を前記ノズルの下方に位置決めする可動テーブルと、平面上は前記可動テーブルの移動範囲内にあって、前記可動テーブルと接触しない上方の位置に取りつけられ、前記ノズルの先端部を斜め上方から撮像する撮像装置とを備えている。
分注状態をモニタするための撮像装置を、水平方向から角度をもたせて斜め上方に配置するようにしたことにより、可動テーブルと干渉することなく可動テーブルの移動範囲内に設置することができ、分注装置が小型になる。
ノズルの先端部を挟んで撮像装置とは反対側の位置に光源を配置してもよく、その場合、その光源はその発する光が対象物の表面で反射しノズルの先端部を経由して撮像装置に入射する方向に向けられる。このような光源を設けることにより、ノズル先端部に形成されるサンプル又は試薬の滴をモニタする場合には、その滴の画像を透過光で撮像することができるようになり、より鮮明な画像を得て正確なモニタを行なうことができるようになる。
撮像装置はノズルの先端部の画像とともにノズルの下部にある対象物表面の画像も撮像するように設定しておくこともできる。その場合には、ノズル先端部のモニタとともに、対象物表面の状態もモニタできるようになり、より多くの情報を得ることができる。例えば、目的とするポジションに的確にサンプルや試薬が分注できているかどうかを確認できるようになったり、また例えば、サンプルや試薬が分注される対象物が膜の場合、分注前後の膜の状態を観察したり、反応中の膜状態の経時変化の観察をしたりすることも可能になる。
本発明の第6の局面は、ピエゾチップによる分注方法と分注装置において、分注開始前にピエゾチップ先端の液量調整を容易にすることにより上記目的を達成しようとするものである。
第6の局面の分注方法は、吐出部が下向きの開口をもち、その吐出部につながる空間に充填された液を、ピエゾ素子を備えた駆動部により押圧することによりその吐出部から液滴を吐出するピエゾチップと、前記空間に充填された液の圧力状態を調整できる圧力制御機構と、吐出部の画像を撮像する撮像装置を備えた分注ユニットにおける分注方法において、前記空間に液を充填する前の吐出部の画像を撮像装置により取り込んで記憶させておき、ピエゾチップからの分注動作を開始する前の準備段階として、前記空間に液を充填した後、撮像装置により吐出部の画像を取り込んで液充填前の画像との差異を求めながら圧力制御機構を制御して、液が吐出部から現れた後、液充填前の画像との差異がなくなるまで液を後退させる工程を設ける。
液をピエゾチップへ充填する前のピエゾチップ先端の画像は液が吐出部から現れていない状態を表わしており、液をピエゾチップに充填する際の基準になる状態である。その後、ピエゾチップに液を入れ、圧力制御機構により圧力をかけてピエゾチップの吐出部まで液を供給する。この状態が液を充填した状態となる。液の充填開始からピエゾチップの吐出部の画像を取得し、充填前の画像との差をとっていく。圧力制御機構により加圧していって、その画像の差として吐出部から余分液量が現れたのを確認できると、そこから圧力制御機構を陰圧にするように圧力制御にフィードバックをかけ、余分液量が見えなくなるところで圧力制御を固定する。これで分注動作前の準備が完成し、その状態から吐出による分注を開始する。
この準備段階の工程を制御装置により自動化すれば、ピエゾチップへの液の充填を開始するだけで、ピエゾチップによる分注ができるようになるまで自動的に圧力調整が実行される。
この第6の局面の分注方法が実行される本発明の分注装置は、吐出部が下向きの開口をもち、その吐出部につながる空間に充填された液を、ピエゾ素子を備えた駆動部により押圧することによりその吐出部から液滴を吐出するピエゾチップを備えた分注ユニットと、前記空間に充填された液の圧力状態を調整できる圧力制御機構と、吐出部の画像を撮像する撮像装置と、撮像装置が撮像した画像を記憶する記憶装置と、前記空間に液を充填する前の吐出部の画像で記憶装置に記憶された画像と前記空間に液を充填した後の画像とを比較し、液が吐出部から現れた後、液充填前の画像との差異がなくなるまで後退するように圧力制御機構を制御する制御装置とを備えている。
撮像装置は吐出部の画像を水平方向から撮像するように設置されていると、ピエゾチップへの液の充填をより正確に行なうことができる。
従来マニュアルでピエゾチップ先端の画像を見ながら微妙な圧力制御をしなければいけなかったが、本発明では、ピエゾチップに液を充填する前の吐出部の画像を撮像装置により取り込んで記憶させておき、液の充填開始後、撮像装置により吐出部の画像を取り込んで液充填前の画像との差異を求めながら圧力制御機構を制御して、液が吐出部から現れた後、液充填前の画像との差異がなくなるまで液を後退させるようにしたので、ピエゾチップ先端の液量調整を容易に行なうことができるようになる。
また、この工程を自動化すれば、ピエゾチップへの液の充填を開始するだけで、ピエゾチップによる分注ができるようになるまで自動的に圧力調整が実行される。さらに、待機中もモニターを続行するようにすれば、常にピエゾチップ先端の状態を一定に保つことが可能になる。
本発明の第7の局面は、微量のサンプル液や試薬液の分注の定量性を高めることによって上記目的を達成しようとするものである。
その第7の局面の定量分注方法は、分注ユニットの吐出部から出る液滴の画像を取得し、その画像から液滴の大きさを求めて液滴の分注量を制御する。
すなわち、その定量分注方法は、次のステップ(A)から(C)を備えている。
(A)前記吐出部から吐出された液滴の画像を取得するステップ。
(B)その取り込んだ画像に基づいて液滴の大きさを求めるステップ。
(C)その求めた液滴の大きさに基づいて液滴の分注量が所定値になるように分注ユニットの吐出駆動部への制御信号のパラメータを調節するステップ。
これにより、サンプル液や試薬液などのpL〜μLの微量分注において定量性が向上する。
ステップ(B)で求める液滴の大きさは、例えば液滴の直径や半径である。
その液滴の大きさを求めるステップは画像処理を用いた自動計算により行なうことができる。そのような画像処理プログラムは容易に入手することができる。画像処理を用いた自動計算を利用すれば、すばやく正確に液滴の大きさを求めることができる。
また、液滴の大きさを求めるステップは画像上で手動計算により行なうこともできる。手動計算によれば、画像処理プログラムに要する費用を削減することができる。
分注ユニットは、先端の吐出部につながる空間に充填された液を、ピエゾ素子を備えた駆動部により押圧することによりその吐出部から液滴を吐出するピエゾヘッドを備えたピエゾ分注方式のものとすることができる。その場合、制御信号のパラメータは、ピエゾ素子への印加電圧の大きさ、印加電圧の立上がり時間、印加時間、印加電圧の立下がり時間のうちの少なくとも1つを含んだものとすることができる。
また、分注ユニットは、シリンジポンプによる分注方式のものとすることもできる。その場合、制御信号のパラメータは、シリンジポンプのプランジャのストローク、速さ、加速のうちの少なくとも1つを含んだものとすることができる。
シリンジポンプによる分注方式では、液滴の大きさを求める画像は、吐出部の先端に玉状にぶら下がった状態の液滴の画像とすることができる。
制御信号のパラメータを調節するステップは、吐出駆動部を制御する制御部による自動制御により行なうことができる。その場合には作業者の工数が少なくてすむ。
また、制御信号のパラメータを調節するステップは、吐出駆動部を制御する制御部に入力することにより行なうこともできる。その場合にはシステムが簡単になる。
The first aspect of the present invention achieves the above object by a dispensing device that can designate a position to be dispensed and automatically dispense the designated position.
The dispensing apparatus according to the first aspect includes a dispensing mechanism having a dispensing element for dropping a sample or a reagent, an image reading device for reading a lower image, and an object on which the sample or the reagent is to be dispensed. And a movable table that moves in a horizontal plane to position the object at least at a dispensing position below the dispensing element and an image reading position below the image reading device, and the image reading device reads the object. A monitor unit for displaying an image; a dispensing position designating unit for designating a dispensing position on an object based on an image of the object displayed on the monitor unit; and an object designated by the dispensing position designating unit A dispensing control unit that performs relative positioning of the object and the dispensing element so that the dispensing position on the object is below the dispensing element of the dispensing mechanism and controls the dispensing operation by the dispensing mechanism. And.
According to the dispensing device of the first aspect, the image read by the image reading device is displayed on the monitor unit, and the dispensing position on the object is designated based on the image of the object displayed on the monitor unit. As a result, the dispensing control unit performs relative positioning between the object and the dispensing element and controls the dispensing operation by the dispensing mechanism, so the dispensing position is specified on the image displayed on the monitor unit. By doing so, the reagent or sample is automatically dispensed to the designated position.
The dispensing mechanism may include a plurality of dispensing elements so that a plurality of types of reagents and samples can be injected into a common dispensing position or different dispensing positions.
A dispensing position information creation unit may be further provided, and dispensing position information related to the dispensing position on the object that has been designated and dispensed by the dispensing position designation unit may be created. Thereby, it can be left as information which position of the target object was dispensed.
Furthermore, the dispensing position information creation unit may output the created dispensing position information to the outside. The object into which the reagent or sample has been dispensed is transferred to an analyzer such as a mass spectrometer or transferred to a pretreatment device as necessary. At that time, the transfer destination analysis device or pre-processing device takes in the dispensing position information created and output by the dispensing position information creation unit, and analyzes the dispensing position by knowing the dispensed position of the object. It is possible to easily perform the operation of performing the pretreatment on the dispensing position.
The dispensing position designating unit may designate the dispensing position with a cursor, for example, on the object image displayed on the monitor unit.
In order to monitor the dispensing operation and adjust the discharge amount from the dispensing element, it is possible to further include an imaging device for imaging the tip of the dispensing element. In that case, when the dispensing mechanism includes a plurality of dispensing elements, the imaging apparatus performs a dispensing operation so as to image the tip of the dispensing element that performs the dispensing operation among the dispensing elements. It is supported by a moving mechanism so that it can move with the change of the dispensing element.
The second aspect of the present invention achieves the above object by enabling an accurate dispensing operation even when a dispensing element is newly attached or replaced.
The dispensing device of the second aspect is a dispensing mechanism in which a dispensing element for dropping a sample or a reagent is detachable, an image reading device for reading a lower image, and a sample or a reagent are dispensed. A movable table that supports an object on an upper surface and moves in a horizontal plane to position the object at least at a dispensing position below the dispensing element and an image reading position below the image reading device; and the dispensing. A dispensing position is detected on the basis of an image read by the image reading device when dispensing is performed at a predetermined position on the movable table by a mechanism, and a base point serving as a reference on the movable table is read simultaneously. And a calibration unit that calibrates the dispensing position.
The dispensing element of the dispensing mechanism is mounted at a predetermined position. To ensure that the dispensing position of the mounted dispensing element is always the same position, the dispensing element mounting part is advanced. High machining accuracy is required. In addition, there are machine differences in individual dispensing elements. For this reason, if an attempt is made to adjust the mounting of the dispensing element so that the dispensing position becomes a predetermined position, a high degree of machining accuracy and a skilled adjustment capability are required.
However, in the liquid dispensing device according to the second aspect, the dispensing element of the dispensing mechanism is detachable, and the image reading device is used when dispensing is performed at a predetermined position on the movable table by the dispensing element. The dispensing position is detected based on the image read by the camera, and the dispensing position is calibrated based on the reference base point on the movable table that is read at the same time. Adjustment work becomes simple.
The second aspect includes one provided with a plurality of dispensing elements. In that case, the calibration unit calibrates each dispensing element.
The third aspect of the present invention achieves the above object by a position information reading device that makes it possible to create accurate information on a position where liquid dispensing or other processing has been performed.
The position information reading device of the third aspect includes an image reading device that reads an image of an object on a table, and information on a position specified in the image based on the image read by the image reading device or A position information creating unit that creates information on the detected position based on a plurality of reference points serving as a reference on the object.
When obtaining information on the designated position on the object, the monitor unit that displays the image read by the image reading device, and the position on the object is designated based on the image of the object displayed on the monitor unit. The position information creating unit creates position information on the object designated by the position designating unit.
The position information reading device is based on a plurality of reference points serving as a reference on the object based on the information read by the image reading device or information on the position specified in the image. Thus, the position information in the object can be accurately determined based on the reference point.
Even when the object is moved to an analyzer or the like, it becomes possible to accurately position the object in the object from the position information based on the reference point.
The image reading device reads the image of the object as well as the image of the object, and the position information creation unit creates the position on the object based on a plurality of base points serving as a reference on the table. can do. Thereby, the information on the target position in the object can be accurately determined based on the base point. Even when the object is once removed from the table and attached to the table again, it becomes possible to accurately position the object in the object based on the position information based on the base point.
If the position information creation unit can output the created position information to the outside, even if the object is transferred to another device such as an analyzer, the position information can be accurately used for the target position. Can be positioned.
The fourth aspect of the present invention achieves the above object by using a sample plate that makes it possible to create accurate information regarding the position where liquid dispensing or other processing has been performed.
The sample plate of the fourth aspect is convenient for accurately obtaining position information, and is a plate-like body having a surface on which a sample or a reagent is to be dispensed, and a position reference within the surface. A plurality of marks are provided.
Since the sample plate is provided with a plurality of marks that serve as reference positions within the surface on which the sample or reagent is dispensed, it is convenient to create accurate positional information of the dispensing position within the sample plate.
The fifth aspect of the present invention achieves the above object by reducing the size of the dispensing device and providing a mechanism capable of monitoring the dispensing state.
The dispensing apparatus according to the fifth aspect includes a dispensing mechanism having a nozzle for dropping a sample or a reagent, an object to which the sample or the reagent is dispensed supported on an upper surface, and moves in a horizontal plane to move the object. A movable table that positions an object below the nozzle and a plane that is within the movable range of the movable table and is not in contact with the movable table, and images the tip of the nozzle from above obliquely. An imaging device.
By arranging the imaging device for monitoring the dispensing state obliquely upward with an angle from the horizontal direction, it can be installed within the movable range of the movable table without interfering with the movable table, The dispensing device becomes smaller.
A light source may be arranged on the opposite side of the imaging device across the nozzle tip, in which case the light emitted from the light source is reflected by the surface of the object and imaged via the nozzle tip. Directed to the direction of incidence on the device. By providing such a light source, when monitoring a sample or reagent droplet formed at the tip of the nozzle, it becomes possible to capture the image of the droplet with transmitted light, and a clearer image can be obtained. As a result, accurate monitoring can be performed.
The imaging device can also be set to capture an image of the surface of the object under the nozzle as well as an image of the tip of the nozzle. In that case, the state of the surface of the object can be monitored together with the monitoring of the nozzle tip, and more information can be obtained. For example, it is possible to check whether the sample or reagent has been accurately dispensed at the target position. For example, when the object to be sampled or dispensed is a membrane, the membrane before and after dispensing It is also possible to observe the state of the film and to observe the temporal change of the film state during the reaction.
The sixth aspect of the present invention is to achieve the above object by facilitating the adjustment of the amount of liquid at the tip of the piezo chip before the start of dispensing in the dispensing method and the dispensing apparatus using the piezo chip.
In the dispensing method of the sixth aspect, the discharge portion has a downward opening, and a liquid filled in a space connected to the discharge portion is pressed by a drive portion having a piezo element, whereby droplets are discharged from the discharge portion. In a dispensing method in a dispensing unit comprising a piezo chip that discharges a pressure, a pressure control mechanism that can adjust the pressure state of the liquid filled in the space, and an image pickup device that captures an image of the discharge unit, As a preparatory step before starting the dispensing operation from the piezo chip, after the liquid is filled in the space, the image is taken out by the image pickup device. A step of controlling the pressure control mechanism while obtaining a difference from the image before liquid filling and retreating the liquid until there is no difference from the image before liquid filling. Provide
The image of the tip of the piezo chip before filling the piezo chip with the liquid represents a state in which the liquid does not appear from the discharge unit, and is a state that becomes a reference when filling the piezo chip with the liquid. Thereafter, the liquid is poured into the piezo chip, the pressure is applied by the pressure control mechanism, and the liquid is supplied to the discharge portion of the piezo chip. This state is a state filled with liquid. An image of the ejection portion of the piezo chip is acquired from the start of liquid filling, and the difference from the image before filling is taken. When pressure is applied by the pressure control mechanism and it can be confirmed that an excess liquid amount appears from the discharge part as a difference between the images, feedback is applied to the pressure control so that the pressure control mechanism is set to negative pressure, Fix the pressure control where the liquid volume is not visible. This completes the preparation before the dispensing operation, and starts dispensing by discharging from that state.
If the process of this preparation stage is automated by the control device, pressure adjustment is automatically executed until dispensing with the piezo chip can be performed only by starting the filling of the liquid into the piezo chip.
The dispensing apparatus of the present invention in which the dispensing method according to the sixth aspect is executed includes a drive unit having a piezoelectric element, and a liquid filled in a space connected to the discharge unit, the discharge unit having a downward opening. A dispensing unit having a piezo chip that discharges droplets from the discharge unit when pressed by the pressure, a pressure control mechanism that can adjust the pressure state of the liquid filled in the space, and an image that captures an image of the discharge unit An apparatus, a storage device that stores an image captured by the imaging device, an image that is stored in the storage device with an image of a discharge unit before the space is filled with liquid, and an image that is after the space is filled with liquid In comparison, a control device is provided that controls the pressure control mechanism so that the liquid moves backward until there is no difference from the image before liquid filling after the liquid appears from the discharge section.
If the image pickup device is installed so as to pick up an image of the discharge section from the horizontal direction, the piezo chip can be more accurately filled with liquid.
Conventionally, it was necessary to perform delicate pressure control while viewing the image of the tip of the piezo chip with a manual, but in the present invention, the image of the ejection part before filling the piezo chip with the liquid is captured by the imaging device and stored. After the start of liquid filling, the pressure control mechanism is controlled while taking the image of the discharge part with the imaging device and obtaining the difference from the image before liquid filling, and after the liquid appears from the discharge part, before the liquid filling Since the liquid is retracted until there is no difference from the image, the liquid amount at the tip of the piezo chip can be easily adjusted.
Further, if this process is automated, pressure adjustment is automatically performed until dispensing with the piezo chip can be performed only by starting the filling of the liquid into the piezo chip. Furthermore, if the monitoring is continued even during standby, the state of the tip of the piezo chip can always be kept constant.
The seventh aspect of the present invention is to achieve the above object by enhancing the quantitativeness of dispensing of a small amount of sample liquid or reagent liquid.
In the quantitative dispensing method of the seventh aspect, an image of a droplet coming out from the discharge unit of the dispensing unit is acquired, the size of the droplet is obtained from the image, and the amount of dispensing of the droplet is controlled.
That is, the quantitative dispensing method includes the following steps (A) to (C).
(A) The step which acquires the image of the droplet discharged from the said discharge part.
(B) A step of obtaining the size of the droplet based on the captured image.
(C) A step of adjusting the parameter of the control signal to the discharge driving unit of the dispensing unit so that the dispensed amount of the droplet becomes a predetermined value based on the obtained droplet size.
As a result, the quantitativeness is improved in a small amount of pL to μL such as a sample solution or a reagent solution.
The size of the droplet obtained in step (B) is, for example, the diameter or radius of the droplet.
The step of obtaining the droplet size can be performed by automatic calculation using image processing. Such an image processing program can be easily obtained. If automatic calculation using image processing is used, the size of the droplet can be obtained quickly and accurately.
Also, the step of obtaining the droplet size can be performed manually on the image. According to the manual calculation, the cost required for the image processing program can be reduced.
The dispensing unit is a piezo dispensing method with a piezo head that ejects liquid droplets from the ejection unit by pressing the liquid filled in the space connected to the ejection unit at the tip with a drive unit equipped with a piezo element. Can be. In this case, the parameter of the control signal may include at least one of the magnitude of the applied voltage to the piezo element, the rising time of the applied voltage, the applying time, and the falling time of the applied voltage.
In addition, the dispensing unit can be of a dispensing system using a syringe pump. In that case, the parameter of the control signal may include at least one of the stroke, speed, and acceleration of the plunger of the syringe pump.
In the dispensing method using the syringe pump, the image for obtaining the size of the droplet can be an image of a droplet in a state of hanging in a ball shape at the tip of the discharge unit.
The step of adjusting the parameter of the control signal can be performed by automatic control by a control unit that controls the discharge driving unit. In that case, the number of man-hours for the operator can be reduced.
Further, the step of adjusting the parameter of the control signal can be performed by inputting to the control unit that controls the ejection driving unit. In that case, the system becomes simple.

第1図は分注装置の一実施例を概略的に表わす斜視図である。
第2図は同実施例においてサンプルプレートなどが配置されたテーブルの上面を示す平面図である。
第3図は同実施例における分注機構を示す断面図である。
第4図は同実施例を機能として示すブロック図である。
第5図は第5の局面の分注装置の一実施例を示す正面図である。
第6図は同実施例におけるノズル先端部付近を示す概略正面図である。
第7図は第6の局面の一実施例を概略的に示すブロック図である。
第8図は同装置におけるピエゾチップの一例を概略的に示す断面図である。
第9図は同実施例の動作を示すフローチャート図である。
第10図は第7の局面の一実施例の方法が適用される装置を概略的に示すブロック図である。
第11図は同装置におけるピエゾチップの一例を概略的に示す断面図である。
第12図は同実施例における制御パラメータを示す波形図である。
第13図は同実施例の動作を示すフローチャート図である。
第14図は同局面の他の実施例の方法が適用される装置を概略的に示すブロック図である。
第15図は同実施例における分注様式を示すプローブ先端部の正面図である。
第16図は第5の局面の分注装置に対応した従来の分注装置を示す正面図である。
第17図は従来のピエゾ方式の分注装置を概略的に示すブロック図である。
第18図は従来のシリンジ方式の分注装置を概略的に示すブロック図である。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an embodiment of a dispensing device.
FIG. 2 is a plan view showing the upper surface of the table on which sample plates and the like are arranged in the same embodiment.
FIG. 3 is a sectional view showing a dispensing mechanism in the same embodiment.
FIG. 4 is a block diagram showing the embodiment as a function.
FIG. 5 is a front view showing an embodiment of the dispensing device of the fifth aspect.
FIG. 6 is a schematic front view showing the vicinity of the nozzle tip in the same embodiment.
FIG. 7 is a block diagram schematically showing an embodiment of the sixth aspect.
FIG. 8 is a sectional view schematically showing an example of a piezo chip in the apparatus.
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the embodiment.
FIG. 10 is a block diagram schematically showing an apparatus to which the method of one embodiment of the seventh aspect is applied.
FIG. 11 is a sectional view schematically showing an example of a piezo chip in the apparatus.
FIG. 12 is a waveform diagram showing control parameters in the same embodiment.
FIG. 13 is a flowchart showing the operation of the embodiment.
FIG. 14 is a block diagram schematically showing an apparatus to which the method of another embodiment of the same aspect is applied.
FIG. 15 is a front view of the probe tip showing the dispensing mode in the same embodiment.
FIG. 16 is a front view showing a conventional dispensing apparatus corresponding to the dispensing apparatus of the fifth aspect.
FIG. 17 is a block diagram schematically showing a conventional piezo-type dispensing apparatus.
FIG. 18 is a block diagram schematically showing a conventional syringe-type dispensing device.

第1図は本発明の液体分注装置の一実施例を概略的に表したものである。
4は分注機構であるプリントヘッドであり、試薬などを分注するピエゾ素子を備えた4個の分注素子10−1〜10−4が一列に並べられて装着されている。分注素子10−1〜10−4の位置は固定されている。分注素子10−1〜10−4からの分注量を制御するために、分注素子10−1〜10−4にかかる圧力を調整するための圧力制御部7が装置本体の前面に取り付けられており、分注素子10−1〜10−4内の圧力を調整する摘み8が各分注素子10−1〜10−4に対応して4個配列されている。
分注しようとするサンプルプレートをテーブルとともに画像として取り込むために画像読取り装置としてスキャナー6が配置されている。スキャナー6の位置も固定されている。
テーブル2は水平面内で移動できる可動テーブルであり、そのテーブル2上には、後で第2図を参照して示すように、サンプルプレート50が所定の位置に載置されている。テーブル2は平面内で移動し、分注時にはサンプルプレート50の指定された位置を分注素子10−1〜10−4の下方に位置決めし、画像を取込み時にはテーブル2上の撮像すべき部分をスキャナー6の下方に位置決めする。
分注素子10−1〜10−4から分注をするときに、先端部の画像を取り込み、分注の様子をモニタするために撮像装置としてCCDカメラ5が配置されている。CCDカメラ5は、設置スペースを抑えるために、斜め上方から分注素子10−1〜10−4の先端部の画像を取り込むように取りつけられている。分注素子10−1〜10−4は互いに異なる液を分注するものであり、サンプルプレート50などの所定の分注位置が下方に位置決めされた分注素子10−1〜10−4が分注動作を行なう。分注動作を行なう分注素子10−1〜10−4が変わったときに、その動作を行なう分注素子10−1〜10−4の画像を取り込むように、カメラ5は分注素子10−1〜10−4の配列に平行に移動できるように取り付けられている。
テーブル2、プリントヘッド4、カメラ5及びスキャナー6は本体9aと蓋9bとからなるケース内に収納され、ケースの蓋9bはサンプルプレート50の交換の際など、随時に開けることができるようになっている。
第2図はテーブル2上に配置されたサンプルプレートなどを表したものである。
2枚のサンプルプレート50がそれぞれ所定の位置に固定して載置できるようになっている。52はメンブレンで、サンプルプレート50上に貼り付けられ、この分注装置で試薬やサンプルが分注されるものである。メンブレン52に固相化された試料は、例えば、SDS(ドデシル硫酸ナトリウム)ポリアクリルアミドゲル電気泳動やその他のクロマトグラフィーによって一次元方向に分離されて展開したタンパク質、ペプチド、糖、脂質、核酸等の分子又はそれらの混合物である。
メンブレン52への試料の固相化は、ゲルその他の泳動媒体に試料を展開させた後、メンブレン52に転写することにより行なうことができる。
このような固相化に使用されるメンブレンの材質としては、PVDF(polyvinylidene difluoride)、ニトロセルロース、ナイロン(登録商標)又はその派生物等を挙げることができる。
メンブレン52上に展開して固相化されたスポット内の物質を検出するために、メンブレン52に固相化された試料成分に分注素子10−1〜10−4から消化液や抽出液を分注することができる。
また、対象分子に結合するプローブとなる物質を分注することもできる。そのようなプローブとしては、対象分子が抗原である場合には抗体を使用する。一般的には、対象分子と特異的に反応する生体物質を使用することができる。また、幾つかの抗体や生体物質を組み合わせて使用することもできる。
試薬の分注は、メンブレン52上のスポットの存在する領域のみに行なうようにするのが好ましい。それにより、試薬の無駄を省くことができる。
対象物質を光学的に検出できるようにするためには、分注する試薬として対象物質と特異的に反応するプローブを含む一次試薬と、プローブと反応した後の対象物質を発色させる二次試薬を用いることができる。その場合、分注素子10−1〜10−4のいずれかからまず一次試薬を分注し、その後一次試薬を分注した領域上に分注素子10−1〜10−4の他のものから二次試薬を分注する。そのような二次試薬としては、発色試薬や蛍光試薬を用いることができる。
また、対象分子にプローブを反応させた後、それを適当な手段により検出する方法として、発色試薬や蛍光試薬を分注することのほかに、金属イオンを反応させたり、又はこれらの方法を組み合わせることができる。そのような方法としては、金コロイド標識抗体を用いる方法や、金属イオンに親和性をもつタンパク質等をNi2+キレート酵素などを用いて蛍光反応に導入する方法がある。
複数の分注素子10−1〜10−4が設けられているので、テーブル2によりサンプルプレート50上の分注位置を移動させることにより、分注素子10−1〜10−4を替えて複数の試薬を分注することができる。
各サンプルプレート50には複数のマークbが設けられている。それらのマークbはサンプルプレート50上に貼り付けられたメンブレン52上の分注位置を情報として作成するときの基準となるリファレンスポイントである。この例ではほぼ矩形の4つの隅にリファレンスポイントbが設けられており、メンブレン52の画像とともにそれらのリファレンスポイントbもスキャナー6によって取り込まれる。サンプルプレート50の1つの角は、サンプルプレート50の方位を示すために切り落とされている。
テーブル2上に設けられた領域54は、分注素子10−1〜10−4による分注テストを行なうためのテストプリント部として設けられた領域である。そこにもろ紙が取りつけられており、テストプリント時の分注状態をCCDカメラ5で確認できるようになっている。
テーブル2上に設けられた領域56は、分注素子10−1〜10−4のメンテナンス部であり、スポンジ57が設けられている。分注素子10−1〜10−4の先端に液や汚れが付着した場合に、このメンテナンス部が分注素子10−1〜10−4の下に移動させられ、そのスポンジ57によって分注素子10−1〜10−4の先端についた液や汚れが拭き取られるようになっている。
また、テーブル2の表面にはテーブル2上に配置されるサンプルプレート50の位置の基準となるベースポイントとしてマークaが設けられている。マークaは、分注位置を情報として取り出す場合の基準となるものであり、またスキャナー6で取得した画像上の位置とテーブル2の動きとを合わせる基準となるものである。ヘッド4におけるそれぞれの分注素子10−1〜10−4は同じ構造である。
微量分注方式に用いる液体分注装置の一例は、上に述べたピエゾ素子による分注方式のものである。そのような液体分注装置では、先端の吐出部につながる空間に充填された試薬を、ピエゾ素子を備えた駆動部により押圧することによりその吐出部から液滴を吐出する。その場合、制御信号のパラメータは、ピエゾ素子への印加電圧の大きさ、印加電圧の立上がり時間、印加時間、印加電圧の立下がり時間のうちの少なくとも1つを含んだものとすることができる。
これに類似の液体分注装置として、インクジェット方式の液体吐出装置で用いられている液体吐出素子を備えたものも用いることができる。
微量分注方式に用いる液体分注装置の他の例として、シリンジポンプによる分注方式の装置も用いることができる。その場合、制御信号のパラメータは、シリンジポンプのプランジャのストローク、速さ、加速のうちの少なくとも1つを含んだものとすることができる。
分注素子として、ピエゾ素子を内蔵したピエゾチップ10を備えた分注機構の一例を第3図を用いて詳細に説明する。
下端に吐出口をもち上端に中空針16をもった液体吐出部としてのピエゾチップ10が、ネジ29により、液体分注装置のチップ保持部31に着脱可能に取りつけられている。ピエゾチップ10はネジ29を緩めることにより取り外すことができ、ネジ29を締付けることにより固定することができる。ピエゾチップ10を着脱すると、分注位置のずれが生じる。そのために、後述するように、この実施例ではテーブル2上のベースポイントaを基準として分注位置を校正する。
分注液容器20は使い捨て可能なものであり、下端と上端に開口をもち、下端開口が蓋15により閉じられて内部に分注液を収容する容器である。下端開口の蓋15は弾性体セプタムであり、ピエゾチップ10の中空針16により貫通でき、かつその貫通した中空針16を引き抜くとその貫通穴を弾性によって閉じることのできる弾性部材により構成されている。蓋15を構成する弾性部材は、例えばゴムである。
容器20をチップ10上に装着し、中空針16により下端開口の蓋15を貫通して装着した状態で、容器20の上部からエアー導入ヘッド30を取り付けることができるようになっている。エアー導入ヘッド30は、容器20内の圧力を調整し、チップ10からの液の吐出量を調整するものである。
エアー導入ヘッド30の先端部にはシール部材32が設けられている。シール部材32は例えばOリングである。エアー導入ヘッド30を容器20に対して押し付けることにより、シール部材32は容器20の開口部の内側面と接触して容器20の開口部を気密を保って封止し、エアー導入ヘッド30に圧力制御機構から送られるエアーにより容器20内の圧力を制御できるようになる。
エアー導入ヘッド30を着脱可能に装着するためにアーム機構を備えている。アーム機構はアーム33とロック36を備え、エアー導入ヘッド30はアーム33の一端部で保持されている。アーム33はその基端部がピン34によって液体分注装置本体に回動可能に支持されている。ロック36はピン38によってアーム33に回動可能に支持されており、基端部には鉤40が設けられている。鉤40は液体分注装置本体に固定された凸部35と係合して、容器20をチップ10上に装着した状態でロックできるようになっている。
エアー導入ヘッド30はアーム33に開けられた穴にスライド可能に挿入され、バネ41によってエアー導入ヘッド30を容器20の方向に押し出すように付勢される。エアー導入ヘッド30の基端部はアーム33から突出し、その部分に鍔45が設けられていることによってエアー導入ヘッド30がアーム33から抜け出るのが防止されている。エアー導入ヘッド30の基端部は配管44を介して圧力制御機構に接続されている。
ロック36を、ピン38を中心に鉤40が凸部35と係合する方向に付勢するためにアーム33とロック36の間には圧縮状態のコイルバネ42が挿入されている。
アーム33と液体分注装置本体の間にはバネ43がかけられており、バネ43はアーム33を開く方向(図では時計周りの方向)に引っ張るように付勢している。
第3図の機構において、容器20を装着する場合は、容器20をチップ10上に置き、下方向に押して中空針16でセプタム15を貫通し、容器20内の溶液に中空針16を浸す。エアー導入ヘッド30はアーム33に保持されているため、アーム33を図で反時計方向に回動させることにより、エアー導入ヘッド30が容器20の開口部に装着され、容器20とエアー導入ヘッド30がシール部材32によって気密を保って接続される。またこのとき、鉤40は凸部35と係合してアーム33がロックされ、アーム33が開くように時計方向に回動するのが防止される。エアー導入ヘッド30はバネ41によって容器20の方向に押し付けるように付勢されているので、アーム33をロックした状態で容器20とヘッド30の気密接続が維持される。
この状態でチップ10から液の吐出を行なうことができるようになる。
容器20を取り外す場合は、ロック36をアーム33の方向に押す。ロック36はピン38を中心に図で時計方向に回動し、鉤40と凸部35の係合が解除され、アーム33はバネ43の力によって図で時計方向に回動し、エアー導入ヘッド30が容器20から離れる。
この状態ではエアー導入ヘッド30はアーム機構とともにピン34を中心に回動するため、エアー導入ヘッド30と容器20の間が大きく開き、エアー導入ヘッド30のシール材32や、容器20の周辺の掃除などのメンテナンスがしやすくなる。
また、このようにアーム機構を用いてエアー導入ヘッド30を容器20に対して着脱できるようにすれば、容器20の着脱、及び容器20へのエアー導入ヘッド30の着脱を容易に行なうことができるようになる。
第1図に戻ってCCDカメラ5について説明する。
サンプル、試薬にかかわらず、液相を用いることの多い分析装置の分野では、分析の際に使用する溶液の量を減らす試みが行なわれている。これは、貴重なサンプルの無駄を省くためや高価な試薬の使用量を減らすためのみならず、溶液間の生化学的な反応においては、溶液の量が少ないほど反応にかかる時間が短くてすむため、実験の処理効率をあげるために有効な方法だからである。
微量溶液で反応を実行するためには、サンプル又は試薬を微量に分注する分注装置が必要である。微量の液を分注するための方法として、実施例のピエゾ素子などの圧電素子を用いた方法のほか、バルブの開閉による方法、溶液を局所的に加熱してできる気泡を用いる方法など、様々なものが実用化されている。
微量な液体を目的の位置に分注する際には、圧電素子であれば素子への電圧の与え方、バルブを用いるのであれば開閉時間など、種々のパラメータの微妙な制御が要求される。これらのパラメータを最適化するため、また、数多くの位置に分注する際には分注時間も長くなるため、分注する液滴の形状をモニタして分注機のおかれている環境の変化や圧電素子の経時変化に対応するために、分注素子先端部に形成される液滴の画像を撮像装置で取り込んでモニタすることが好ましい。CCDカメラ5はそのような撮像装置の一例である。
分注状態をモニタするためのCCDカメラ5を水平方向から角度をもたせて斜め上方に配置するようにしたことにより、可動テーブル2と干渉することなく可動テーブル2の移動範囲内に設置することができ、分注装置が小型になる。
分注素子先端部を挟んでCCDカメラ5とは反対側の位置に光源を配置してもよく、その場合、その光源はその発する光が対象物であるサンプルプレート50の表面で反射し分注素子先端部を経由してCCDカメラ5に入射する方向に向けられる。このような光源を設けることにより、分注素子先端部に形成されるサンプル又は試薬の滴をモニタする場合には、その滴の画像を透過光で撮像することができるようになり、より鮮明な画像を得て正確なモニタを行なうことができるようになる。さらに、この光源を分注のタイミングと同期させて点灯することにより、液滴を静止画像のように取り込むことができる。
CCDカメラ5は分注素子先端部の画像とともに分注素子の下方にあるサンプルプレート表面の画像も撮像するように設定しておくこともできる。その場合には、分注素子先端部のモニタとともに、サンプルプレート表面の状態もモニタできるようになり、より多くの情報を得ることができる。例えば、目的とする位置に的確にサンプルや試薬が分注できているかどうかを確認できるようになったり、また例えば、サンプルや試薬が分注される対象物が膜の場合、分注前後の膜の状態を観察したり、反応中の膜状態の経時変化の観察をしたりすることも可能になる。
この分注装置の用途として、例えばPVDF(polyvinylidene difluoride)膜のような固相に試薬を分注するものがあげられる。PVDF膜には、クロマトグラフィーにより展開したスポットが転写させられており、そのスポットを発色させるために、試薬が分注される。そのような固相として使用できるものとしては、PVDF膜の他に、ニトロセルロースやナイロン(登録商標)なども用いることができる。
第4図は第1図の装置の機能をブロック図として示したものである。
60はスキャナーなどの画像読取り装置6が読み取った画像を表示するモニター部である。分注位置指定部62はモニター部60に表示されたメンブレンなどの対象物50の画像に基づいて対象物50上の分注位置を指定するためのものである。分注制御部64は分注位置指定部62が指定した対象物上の分注位置が分注素子10の分注素子の下方にくるように対象物と分注素子との相対的位置決めを行ない、分注素子10による分注動作を制御するものである。分注素子10がピエゾ素子を備えたものである場合には、分注制御部64は圧力制御部7により分注素子10内の圧力を調整し、分注制御ユニット66によりピエゾ素子への電圧印加を制御してピエゾ素子から液を吐出する。
分注位置情報作成部68は、分注位置指定部62が指定し分注動作がなされた対象物50上の分注位置に関する分注位置情報を作成するものである。分注位置情報作成部68は作成した分注位置情報を外部に出力することができる。
対象物50には第2図に示されるように対象物内の位置の基準となるリファレンスポイントbを複数個設けておき、画像読取り装置6が対象物50の画像とともにリファレンスポイントbの画像も読み取るようにする。これにより、分析位置情報作成部68は分析位置指定部62が指定した対象物50上の位置を複数のリファレンスポイントbを基にして作成するものとすることができ、対象物をいったん取り外し、再びテーブル2に取りつけた場合にもスキャナー6で画像を取得すれば、リファレンスポイントbを基に正確に位置決めすることができるようになる。また、対象物50を分析装置などに移動させた場合にも、そのリファレンスポイントbを基にしてその分注位置情報から対象物50内での分注位置に正確に位置決めすることができるようになる。
対象物を支持するテーブル2はテーブル駆動機構65により駆動されて平面内で移動し、分注制御部64により指示された所定の位置に位置決めされる。テーブル2上には、基準となるベースポイントaを複数個設けておき、画像読取り装置6が対象物50の画像とともにベースポイントaの画像も読み取るようにし、分析位置情報作成部68は対象物50上の位置を複数のベースポイントaを基にして作成することもできるものとすることができる。これにより、対象物50内での分注位置情報をベースポイントaを基にして正確に定めることができるようになる。
サンプル又は試薬を滴下する分注素子10は着脱可能になっており、分注素子10の分注位置を校正するための校正部72を備えている。校正部72は、分注素子10によりテーブル2上の所定の位置に分注を行なったときの画像読取り装置6による読取り画像に基づいて分注位置を検出し、同時に読み取ったテーブル上の基準となるベースポイントを基にして分注位置の校正を行なう。校正のための分注は、例えば図2に示すテーブル2上の試薬などを分注すると発色するようなメンブレン53による3つの点で示すような、予め定められた複数の位置で行なう。この校正は、分注素子を装着するたびに行なう。
上記の実施例は分注装置に本発明を適用した場合を例にして説明しているが、求めようとする位置情報は分注位置の情報に限らず、メンブレンや泳動媒体などの画像を画像読取り装置で読み取り、その画像中のスポットなど検出された位置の情報を作成する場合にも本発明を同様に適用することができる。
第5の局面の分注装置の一実施例について説明する。
第5図は同局面の分注装置の一実施例を示したものである。試薬(又はサンプル)を分注する分注機構102は、その下端にノズルを有し、微量の液を滴下できるようになっている。分注機構102の下部には可動テーブルとしてのX−Yテーブル104が配置されており、X−Yテーブル104上には試薬の分注される対象物が載置される。X−Yテーブル104は、対象物を支持する面を図で紙面垂直方向(Y方向)に駆動するY駆動機構104Yと、Y駆動機構104Yに取りつけられ、対象物を支持する面を図で横方向(X方向)に駆動するX駆動機構104Xとを備えている。X−Yテーブル104の対象物支持面はそのY駆動機構104YとX駆動機構104Xにより水平面内でY方向とX方向に移動し、支持面上に載置された対象物を分注機構102のノズルの下方に位置決めする。
撮像装置106は例えばCCDカメラであり、撮像装置106の受光軸110が水平方向から角度θをもつように、撮像装置106は分注機構102のノズル先端部の斜め上方に取り付けられている。撮像装置106は分注機構102のノズル先端部に形成される液滴の画像を取り込むように設定されている。
撮像装置106が取り付けられている位置の平面上の位置は、X−Yテーブル104の移動範囲内にあるが、X−Yテーブル104がその移動範囲内で移動しても撮像装置106と接触しないように、撮像装置106の取付け位置はX−Yテーブル104の上方に設定されている。
撮像装置106の受光軸110と水平面のなす角θには適当な範囲が存在する。θは少なくとも撮像装置106がX−Yテーブル104と干渉しないだけの大きさをもち、分注機構102のノズル先端に形成されるサンプル又は試薬の液滴の画像を取り込むのに支障のない範囲に設定される。そのような角度θとしては、15〜45度程度が適当である。
ノズル先端を挟んで撮像装置106と反対側の位置で、X−Yテーブル104の上方には、光源108が取り付けられており、撮像装置106が透過光で撮像できるようになっている。
第6図に示されるように、光源8から発した光112がX−Yテーブル104上の対象物114の表面で反射し、分注機構102のノズル120の先端部に形成された液滴122を経由し、撮像装置106の受光軸110に沿って撮像装置106に入射するように、光源108、撮像装置106、ノズル120及び対象物114の相対的な位置関係が設定されている。
撮像装置106の被写界深度は、ノズル先端部の液滴122及びその下にある対象物114の表面にも焦点が合うように設定されていることが好ましい。これにより、ノズル先端部の液滴122の状態と、対象物114の表面の状態を同時に画像として取り込みモニタすることができる。
この分注装置の用途として、例えばPVDF(polyvinylidene difluoride)膜のような固相に試薬を分注するものがあげられる。PVDF膜には、薄層クロマトグラフィーにより展開したスポットが転写させられており、そのスポットを発色させるために、試薬が分注される。そのような固相として使用できるものとしては、PVDF膜の他に、ニトロセルロースやナイロン(登録商標)なども用いることができる。
X−Yテーブル4を移動させて多数の分注位置でノズル先端から試薬やサンプルの分注を繰り返す。その際、ノズル先端から滴下する液滴の形状をモニタするときに、ノズル120からの液滴122の滴下開始から撮像装置106が画像を取り込むタイミングを一定にすることにより、それらの液滴を同じタイミングの画像として処理することができるようになる。
そのような画像の取込みを実現する1つの方法として、光源108としてストロボを使用し、撮像装置106は連続して撮像するようにし、ノズル120からの滴下開始からストロボを点灯させるまでの時間を一定にする方法を挙げることができる。これにより、多数の液滴を同じタイミングで撮像して液滴の形状をモニタするのが容易になる。このような液滴形状のモニタは、多数繰り返される液滴の形状が一定になるように、サンプルや試薬を分注する分注機構のピエゾ素子への印加電圧やバルブの開閉などを制御するのに利用することができる。
光源108はストロボに限らず、連続して発光するものであってもよく、その場合は撮像装置106の方で液滴122滴下開始から一定の時間に画像を取り込むような制御をすればよい。
第7図は第6の局面の一実施例の分注装置を概略的に表したものである。201はピエゾチップによる分注機構で、後で示す第8図に示されるようなピエゾチップが設けられている。203はそのピエゾチップから吐出された液滴であり、分注機構201の下部に保持された容器やプレートなどのターゲット205に分注される。分注機構201の先端にある吐出部の画像を取り込んでモニタするために撮像装置としてCCDカメラ204が配置されている。CCDカメラ204は吐出部の状態とともに、吐出される液滴203も同時に撮像することができる。撮像装置としてはCCDカメラに限らず、他のカメラを用いてもよい。
CCDカメラ204は分注機構1の先端部を水平方向から撮像する。水平から傾斜をもって斜め上方向から撮像してもよいが、吐出部の先端の状態をより正確にモニタするためには、水平方向から撮像するのが好ましい。
分注機構201の先端部の画像をより正確に取り込むために、この実施例では透過光で撮像できるように、CCDカメラ204の光軸上には、分注機構1の先端部を挟んでCCDカメラ204と反対側に光源2が配置されている。光源202としては時間的に連続した光を発光するものでもよいが、この実施例としてはストロボを使用する。ストロボの場合、液滴203が分注機構201から吐出されるタイミングと同期して発光するように設定することができ、その場合にはカメラ204を連続して作動させている場合でも、ストロボ202が発光した場合にのみ鮮明な画像が取り込まれる。その鮮明な画像は、順次吐出される液滴203の画像が同じタイミングで取り込まれたものであるため、あたかも静止画像のような情報が得られる。そのため液滴203の状態をモニタするのに好都合である。
206は分注制御ユニットで、分注機構201のピエゾ素子に電圧を印加することにより吐出を行なう。また、ストロボ202の発光するタイミングは、分注制御ユニット206により分注機構201のピエゾ素子への電圧印加のタイミングに同期させて分注機構201からの液滴吐出の一定時間後に発光するように制御される。
208は圧力制御機構であり、分注機構201の液を充填する空間であるリザーバに充填されたサンプルや試薬などの吐出液が常に一定の圧力を保つように保持するものである。圧力制御機構208は、この発明において吐出動作開始前の吐出部先端の液面を調製するためにも使用される。
207は制御コンピュータであり、分注制御ユニット206を制御して分注動作を制御するとともに、CCDカメラ204が撮像した画像を記憶する記憶装置を備え、分注機構201におけるピエゾチップのリザーバに液を充填する前の吐出部の画像で記憶装置に記憶された画像とリザーバに液を充填した後の画像とを比較し、液が吐出部から現れた後、液充填前の画像との差異がなくなるまで後退するように圧力制御機構208を制御する制御装置の機能も実現している。
第8図は分注機構201におけるピエゾチップの一例を概略的に示したものである。
ピエゾチップは、リザーバ232から先端の吐出部230の孔につながる流路を備えており、リザーバ232又は流路にある液を、ピエゾ素子を備えた駆動部234により押圧することにより吐出部230から液を吐出する。ピエゾ素子の駆動は、分注制御ユニット6により制御される。リザーバ232のサンプルや試薬が減少してきた場合でも一定の圧力状態を保つように、リザーバ232には圧力制御機構208が接続されている。
分注制御ユニット206がピエゾ素子の駆動を制御するパラメータは、ピエゾ素子への印加電圧の大きさ、印加電圧立上がり時間、印加時間、印加電圧立下がり時間の全て、又はそのうちの少なくとも1つである。
第9図により、この実施例で分注動作開始前の吐出部先端部の液面状態を調製する動作を説明する。この実施例は制御コンピュータ7により自動的に調整を行う場合を説明しているが、この動作を吐出部先端部の画像を見ながらマニュアルで行なうこともできる。
分注を開始する前に、まず溶液充填を実行する。ピエゾチップ先端はCCDカメラ204の画像を取り込むことで確認できる。
制御コンピュータ7によりピエゾチップへの溶液充填を指示すると、制御コンピュータ207はまずCCDカメラ204で充填前のピエゾチップ先端の画像を取得し保持する。この画像を画像(a)とする。
次に、制御コンピュータ207は、圧力制御機構208を制御し溶液を加圧してピエゾチップ先端方向に押し出す。このとき制御コンピュータ7はCCDカメラ204を用いてピエゾチップ先端の画像を定期的に取り込み、先に取った充填前の画像(a)との差分を取る。その差に変化があれば溶液がピエゾチップ先端から余分に出ていることになるので、その状態を検知すると、圧力制御にフイードバックをかけていく。この間も制御コンピュータ207はCCDカメラ204を用いてピエゾチップ先端の画像を定期的に取り込んでおり、先に取った充填前の画像(a)との差分を取る動作を続けている。圧力制御に定期的にフイードバックをかけていって、余分液量がなくなったことを画像の差分から検知したところでフイードバックを止め、その状態を保持する。
第10図は第7の居面の一実施例の方法が適用される装置を概略的に表したものであり、ピエゾ方式の分注装置を用い、液滴の大きさを自動的に求め、一定にする制御も自動的に行なう場合を示したものである。
ピエゾチップ302から吐出される液滴306の画像を取り込むために、撮像装置として、ピエゾチップ302から吐出される液滴6に向けたCCDカメラ320が設けられている。322はCCDカメラ320が取り込んだ画像を記憶する画像記憶部である。CCDカメラ320による画像の取込みは、液滴6が吐出されるタイミングと同期させるか又は非同期で取り込む。
324は画像処理部であり、画像処理部324は画像記憶部322に記憶されている画像を二値化や輪郭抽出などの画像処理を実施してその液滴の直径や半径などの大きさを求めて、分注量を計算する。画像処理部324が画像処理する液滴の画像は、CCDカメラ320で液滴の吐出と同期させて取り込んだ画像の場合は、それぞれの液滴について吐出から同じ時間での画像である。非同期で取り込んだ場合は、一つの画像についてCCDカメラ320により時系列に複数の画像が取り込まれるが、その内で各液滴について同じ場所を通過する液滴の画像を採用して画像処理部324で画像処理する。
326は画像処理された液滴の画像を表示する画像処理部である。また、画像処理部324で画像処理されて求められた分注量はピエゾ分注制御部304aに送られる。ピエゾ分注制御部304aでは次から吐出される分注量(液滴6の大きさ)が予め設定された設定値に等しくなるようにピエゾチップ302の駆動を制御していく。
ピエゾチップ302としては、例えば第11図に示されるように、先端の吐出部330の孔につながる液溜め332を、ピエゾ素子を備えた駆動部334により押圧することにより吐出部330から液を吐出する。液貯め332のサンプルや試薬が減少してきた場合でも一定の圧力状態を保つように、液溜め332には加圧部(図示略)が接続されている。
ピエゾ分注制御部304aがピエゾチップ2の駆動を制御するパラメータは、第12図に示されるように、ピエゾ素子への印加電圧の大きさV、印加電圧立上がり時間t、印加時間t、印加電圧立下がり時間tの全て、又はそのうちの少なくとも1つである。
第13図にこの実施例の動作をまとめて示す。
予め設定されたピエゾチップ制御パラメータでピエゾチップ302の駆動を制御し、液滴6を吐出する。その液滴306の画像をCCDカメラ320が液滴の吐出と同期して又は非同期で取り込み、画像記憶部322に記憶する。画像処理部324は画像記憶部322に記憶されている画像を二値化や輪郭抽出などの画像処理を実施してその液滴の直径や半径などの大きさを求めて、分注量を計算する。ピエゾ分注制御部304aはその分注量が所定の値である場合は、ピエゾチップ制御パラメータを変更しないで、ピエゾチップ302の駆動を繰り返していく。しかし、その分注量が所定の値でない場合は、ピエゾチップ制御パラメータを変更し、ピエゾ分注制御部304aは次から吐出される分注量が所定の値に等しくなるようにピエゾチップ302の駆動を制御する。
第14図は他の実施例の方法が適用される装置を概略的に表したものであり、シリンジポンプによる分注装置を用い、液滴の大きさを自動的に求め、一定にする制御も自動的に行なう場合を示したものである。
シリンジポンプ310につながるプローブ312からの液滴6の吐出を、シリンジポンプ310を作動させるモータ14をシリンジ分注制御部318aにより制御して駆動することにより行なう。プローブ312の先端にはディスポーザブルチップ316が設けられる。
液滴306の画像を取り込むCCDカメラ320、画像記憶部322、画像処理部324、及び画像表示部326は第10図に示されたものと同じである。
シリンジ分注制御部318aは、画像処理部324から液滴306の直径や半径などの液滴の大きさに関するデータを取り込み、次から吐出される液滴306の大きさが予め設定された設定値に等しくなるようにモータ314の駆動を制御していく。
シリンジ分注制御部318aがモータ314の駆動を制御するパラメータは、プランジャのストローク、速度、加速度の全て又はそのうちの少なくとも1つである。
第15図に示されるように、シリンジ方式で数百nL〜数μLの分注量の液滴306を容器340やプレート342に分注する場合は、ディスポーザブルチップ316の先端(ディスポーザブルチップ316を用いない場合はプローブ312の先端)に液滴306が玉状にぶら下がるので、その状態の液滴6をCCDカメラ320により画像として捉え、画像処理部322にて、2値化や輪郭抽出などの画像処理を実施し、液滴の直径又は半径を求めて、分注量を計算する。シリンジ分注制御部318aは、モータ14の駆動を制御する際、求められた液滴306の大きさに該当する液量が目的の分注量より多ければプランジャを戻し、足らなければプランジャを押すことにより、分注量をリアルタイムで制御し、プローブ又はディスポーザブルチップの液滴306を容器340又はプレート342に分注する。
本発明をシリンジポンプによる分注方式に適用する場合、チップ316としてディスポーザブルのチップでかつチップの中にフィルターや担体を保持しているチップを用いて分注する場合にも全く同様に適用することができる。
FIG. 1 schematically shows an embodiment of the liquid dispensing apparatus of the present invention.
Reference numeral 4 denotes a print head which is a dispensing mechanism, and four dispensing elements 10-1 to 10-4 each including a piezo element for dispensing a reagent and the like are mounted in a line. The positions of the dispensing elements 10-1 to 10-4 are fixed. In order to control the dispensing amount from the dispensing elements 10-1 to 10-4, a pressure control unit 7 for adjusting the pressure applied to the dispensing elements 10-1 to 10-4 is attached to the front surface of the apparatus main body. The four knobs 8 for adjusting the pressure in the dispensing elements 10-1 to 10-4 are arranged corresponding to the dispensing elements 10-1 to 10-4.
A scanner 6 is arranged as an image reading device for taking a sample plate to be dispensed as an image together with a table. The position of the scanner 6 is also fixed.
The table 2 is a movable table that can move in a horizontal plane. On the table 2, a sample plate 50 is placed at a predetermined position, as shown later with reference to FIG. The table 2 moves in a plane, the specified position of the sample plate 50 is positioned below the dispensing elements 10-1 to 10-4 at the time of dispensing, and the portion to be imaged on the table 2 is taken at the time of taking an image. Position below the scanner 6.
When dispensing from the dispensing elements 10-1 to 10-4, a CCD camera 5 is disposed as an imaging device to capture an image of the tip and monitor the state of dispensing. The CCD camera 5 is mounted so as to capture an image of the tip of the dispensing elements 10-1 to 10-4 from obliquely above in order to reduce the installation space. Dispensing elements 10-1 to 10-4 dispense different liquids. Dispensing elements 10-1 to 10-4 having predetermined dispensing positions such as sample plate 50 positioned downward are dispensed. Perform note operation. When the dispensing elements 10-1 to 10-4 performing the dispensing operation are changed, the camera 5 is arranged so as to capture images of the dispensing elements 10-1 to 10-4 performing the operation. It is attached so that it can move parallel to the array of 1-10-4.
The table 2, the print head 4, the camera 5 and the scanner 6 are housed in a case made up of a main body 9a and a lid 9b, and the case lid 9b can be opened at any time, for example, when the sample plate 50 is replaced. ing.
FIG. 2 shows a sample plate and the like arranged on the table 2.
Two sample plates 50 can be fixedly placed at predetermined positions. A membrane 52 is affixed on the sample plate 50, and a reagent and a sample are dispensed by this dispensing apparatus. Samples immobilized on the membrane 52 are, for example, proteins, peptides, sugars, lipids, nucleic acids, and the like separated and developed in a one-dimensional direction by SDS (sodium dodecyl sulfate) polyacrylamide gel electrophoresis or other chromatography. A molecule or a mixture thereof.
The sample can be immobilized on the membrane 52 by spreading the sample on a gel or other electrophoresis medium and then transferring it to the membrane 52.
Examples of the material of the membrane used for such solid phase include PVDF (polyvinylidene difluoride), nitrocellulose, nylon (registered trademark), and derivatives thereof.
In order to detect the substance in the spot which is developed on the membrane 52 and solidified, the digestive fluid and the extract from the dispensing elements 10-1 to 10-4 are applied to the sample components solidified on the membrane 52. Can be dispensed.
Moreover, the substance used as the probe couple | bonded with an object molecule | numerator can also be dispensed. As such a probe, an antibody is used when the target molecule is an antigen. In general, a biological substance that specifically reacts with a target molecule can be used. Also, several antibodies and biological materials can be used in combination.
It is preferable that the reagent is dispensed only in the area where the spot on the membrane 52 exists. Thereby, waste of reagents can be eliminated.
In order to enable optical detection of a target substance, a primary reagent including a probe that specifically reacts with the target substance as a reagent to be dispensed, and a secondary reagent that develops the target substance after reacting with the probe Can be used. In that case, the primary reagent is first dispensed from any of the dispensing elements 10-1 to 10-4, and then from the other of the dispensing elements 10-1 to 10-4 on the area where the primary reagent has been dispensed. Dispense secondary reagent. As such a secondary reagent, a coloring reagent or a fluorescent reagent can be used.
In addition, after reacting the probe with the target molecule and detecting it by an appropriate means, in addition to dispensing a coloring reagent or fluorescent reagent, reacting metal ions or combining these methods be able to. As such a method, there are a method using a colloidal gold labeled antibody and a method of introducing a protein having affinity for metal ions into a fluorescent reaction using Ni 2+ chelate enzyme or the like.
Since a plurality of dispensing elements 10-1 to 10-4 are provided, by moving the dispensing position on the sample plate 50 by the table 2, the dispensing elements 10-1 to 10-4 are changed to a plurality. Can be dispensed.
Each sample plate 50 is provided with a plurality of marks b. These marks b are reference points that serve as a reference when creating the dispensing position on the membrane 52 affixed on the sample plate 50 as information. In this example, reference points b are provided at four corners of a substantially rectangular shape, and these reference points b are captured by the scanner 6 together with the image of the membrane 52. One corner of the sample plate 50 is cut off to indicate the orientation of the sample plate 50.
An area 54 provided on the table 2 is an area provided as a test print unit for performing a dispensing test using the dispensing elements 10-1 to 10-4. A filter paper is also attached there, and the dispensing state at the time of test printing can be confirmed by the CCD camera 5.
A region 56 provided on the table 2 is a maintenance unit for the dispensing elements 10-1 to 10-4, and a sponge 57 is provided. When liquid or dirt adheres to the tip of the dispensing elements 10-1 to 10-4, the maintenance unit is moved under the dispensing elements 10-1 to 10-4, and the dispensing element is moved by the sponge 57. The liquid and dirt attached to the tips of 10-1 to 10-4 are wiped off.
Further, a mark a is provided on the surface of the table 2 as a base point serving as a reference for the position of the sample plate 50 disposed on the table 2. The mark a serves as a reference when the dispensing position is taken out as information, and serves as a reference for matching the position on the image acquired by the scanner 6 with the movement of the table 2. Each dispensing element 10-1 to 10-4 in the head 4 has the same structure.
An example of the liquid dispensing apparatus used for the micro-dispensing method is the one using the piezo element described above. In such a liquid dispensing apparatus, a reagent filled in a space connected to the discharge unit at the tip is pressed by a drive unit including a piezo element, thereby discharging a droplet from the discharge unit. In this case, the parameter of the control signal may include at least one of the magnitude of the applied voltage to the piezo element, the rising time of the applied voltage, the applying time, and the falling time of the applied voltage.
As a liquid dispensing apparatus similar to this, an apparatus provided with a liquid ejection element used in an ink jet type liquid ejection apparatus can be used.
As another example of the liquid dispensing apparatus used in the microdispensing system, a dispensing system apparatus using a syringe pump can also be used. In that case, the parameter of the control signal may include at least one of the stroke, speed, and acceleration of the plunger of the syringe pump.
An example of a dispensing mechanism provided with a piezo chip 10 incorporating a piezo element as a dispensing element will be described in detail with reference to FIG.
A piezo chip 10 as a liquid discharge unit having a discharge port at the lower end and a hollow needle 16 at the upper end is detachably attached to a chip holding unit 31 of the liquid dispensing device by a screw 29. The piezo chip 10 can be removed by loosening the screw 29 and can be fixed by tightening the screw 29. When the piezo chip 10 is attached or detached, the dispensing position shifts. Therefore, as described later, in this embodiment, the dispensing position is calibrated with reference to the base point a on the table 2.
Dispensing liquid container 20 is disposable, and has an opening at the lower end and the upper end, and the lower end opening is closed by lid 15 to store the dispensing liquid therein. The lid 15 at the lower end opening is an elastic septum, and is constituted by an elastic member that can be penetrated by the hollow needle 16 of the piezo chip 10 and that the through hole can be closed by elasticity when the penetrated hollow needle 16 is pulled out. . The elastic member constituting the lid 15 is, for example, rubber.
The air introduction head 30 can be attached from the upper part of the container 20 in a state in which the container 20 is mounted on the chip 10 and mounted through the hollow needle 16 through the lid 15 at the lower end opening. The air introduction head 30 adjusts the pressure in the container 20 and adjusts the amount of liquid discharged from the chip 10.
A seal member 32 is provided at the tip of the air introduction head 30. The seal member 32 is an O-ring, for example. By pressing the air introduction head 30 against the container 20, the sealing member 32 comes into contact with the inner surface of the opening of the container 20 to seal the opening of the container 20 while keeping the air tight, and pressure is applied to the air introduction head 30. The pressure in the container 20 can be controlled by the air sent from the control mechanism.
An arm mechanism is provided for detachably mounting the air introduction head 30. The arm mechanism includes an arm 33 and a lock 36, and the air introduction head 30 is held at one end of the arm 33. The base end portion of the arm 33 is rotatably supported by the liquid dispensing apparatus main body by a pin 34. The lock 36 is rotatably supported by the arm 33 by a pin 38, and a flange 40 is provided at the base end portion. The ridge 40 engages with a convex portion 35 fixed to the liquid dispensing apparatus main body, and can be locked in a state where the container 20 is mounted on the chip 10.
The air introduction head 30 is slidably inserted into a hole formed in the arm 33 and is urged by the spring 41 so as to push the air introduction head 30 toward the container 20. The base end portion of the air introduction head 30 protrudes from the arm 33, and the flange 45 is provided at that portion, so that the air introduction head 30 is prevented from coming out of the arm 33. A base end portion of the air introduction head 30 is connected to a pressure control mechanism via a pipe 44.
A coil spring 42 in a compressed state is inserted between the arm 33 and the lock 36 in order to urge the lock 36 in the direction in which the flange 40 engages with the projection 35 around the pin 38.
A spring 43 is placed between the arm 33 and the liquid dispensing apparatus main body, and the spring 43 biases the arm 33 to be pulled in the opening direction (clockwise direction in the figure).
In the mechanism of FIG. 3, when the container 20 is mounted, the container 20 is placed on the chip 10, pushed downward, penetrates the septum 15 with the hollow needle 16, and the hollow needle 16 is immersed in the solution in the container 20. Since the air introduction head 30 is held by the arm 33, the air introduction head 30 is attached to the opening of the container 20 by rotating the arm 33 counterclockwise in the figure, and the container 20 and the air introduction head 30 are thus mounted. Are connected to each other by the seal member 32 in an airtight manner. At this time, the collar 40 is engaged with the convex portion 35 to lock the arm 33 and prevent the arm 33 from rotating clockwise so as to open. Since the air introduction head 30 is biased so as to be pressed in the direction of the container 20 by the spring 41, the airtight connection between the container 20 and the head 30 is maintained with the arm 33 locked.
In this state, the liquid can be discharged from the chip 10.
When removing the container 20, the lock 36 is pushed in the direction of the arm 33. The lock 36 pivots clockwise around the pin 38 in the figure, the engagement between the collar 40 and the projection 35 is released, and the arm 33 pivots clockwise in the figure due to the force of the spring 43, and the air introduction head 30 leaves the container 20.
In this state, the air introduction head 30 rotates around the pin 34 together with the arm mechanism, so that the space between the air introduction head 30 and the container 20 opens widely, and the sealing material 32 of the air introduction head 30 and the cleaning around the container 20 are cleaned. This makes it easier to maintain.
Further, if the air introduction head 30 can be attached to and detached from the container 20 using the arm mechanism in this way, the attachment and detachment of the container 20 and the attachment and detachment of the air introduction head 30 to the container 20 can be easily performed. It becomes like this.
Returning to FIG. 1, the CCD camera 5 will be described.
In the field of analyzers that often use a liquid phase regardless of samples and reagents, attempts have been made to reduce the amount of solution used for analysis. This not only saves valuable sample waste and reduces the amount of expensive reagents used, but in biochemical reactions between solutions, the smaller the amount of solution, the shorter the reaction time. Therefore, it is an effective method for increasing the processing efficiency of the experiment.
In order to carry out the reaction with a small amount of solution, a dispensing device for dispensing a sample or reagent in a minute amount is necessary. As a method for dispensing a small amount of liquid, there are various methods such as a method using a piezoelectric element such as the piezo element of the embodiment, a method by opening and closing a valve, a method using bubbles generated by locally heating a solution, etc. Has been put to practical use.
When dispensing a small amount of liquid to a target position, delicate control of various parameters is required, such as how to apply a voltage to the element if it is a piezoelectric element, and opening and closing time if a valve is used. In order to optimize these parameters, and when dispensing to many locations, the dispensing time also becomes long, so the shape of the droplet to be dispensed is monitored and the environment where the dispenser is located In order to cope with the change and the change over time of the piezoelectric element, it is preferable to capture and monitor the image of the droplet formed on the tip of the dispensing element with an imaging device. The CCD camera 5 is an example of such an imaging device.
By disposing the CCD camera 5 for monitoring the dispensing state at an angle with respect to the horizontal direction, the CCD camera 5 can be installed within the moving range of the movable table 2 without interfering with the movable table 2. And the dispenser becomes smaller.
A light source may be arranged at a position opposite to the CCD camera 5 across the tip of the dispensing element. In this case, the light source reflects the light emitted from the surface of the sample plate 50 as a target and dispenses. It is directed in the direction of incidence on the CCD camera 5 via the element tip. By providing such a light source, when monitoring a sample or reagent droplet formed at the tip of the dispensing element, it becomes possible to capture the image of the droplet with transmitted light, resulting in a clearer image. An image can be obtained and an accurate monitor can be performed. Further, by turning on the light source in synchronization with the dispensing timing, it is possible to capture the droplet as a still image.
The CCD camera 5 can also be set so as to capture an image of the surface of the sample plate below the dispensing element as well as an image of the tip of the dispensing element. In that case, the state of the surface of the sample plate can be monitored together with the monitoring of the tip of the dispensing element, and more information can be obtained. For example, it becomes possible to confirm whether or not the sample or reagent is accurately dispensed at the target position. For example, when the object to which the sample or reagent is dispensed is a membrane, the membrane before and after dispensing It is also possible to observe the state of the film and to observe the temporal change of the film state during the reaction.
As an application of this dispensing apparatus, for example, an apparatus that dispenses a reagent to a solid phase such as a PVDF (polyvinylidene difluoride) membrane can be cited. A spot developed by chromatography is transferred to the PVDF membrane, and a reagent is dispensed to develop the color of the spot. As such a solid phase, nitrocellulose, nylon (registered trademark), or the like can be used in addition to the PVDF membrane.
FIG. 4 shows the function of the apparatus of FIG. 1 as a block diagram.
Reference numeral 60 denotes a monitor unit that displays an image read by the image reading device 6 such as a scanner. The dispensing position designating unit 62 is for designating the dispensing position on the object 50 based on the image of the object 50 such as a membrane displayed on the monitor unit 60. The dispensing control unit 64 performs relative positioning of the object and the dispensing element so that the dispensing position on the object designated by the dispensing position designating unit 62 is below the dispensing element of the dispensing element 10. The dispensing operation by the dispensing element 10 is controlled. When the dispensing element 10 has a piezo element, the dispensing control unit 64 adjusts the pressure in the dispensing element 10 by the pressure control unit 7, and the voltage to the piezo element by the dispensing control unit 66. The liquid is discharged from the piezoelectric element by controlling the application.
The dispensing position information creation unit 68 creates dispensing position information related to the dispensing position on the object 50 that has been designated and dispensed by the dispensing position designation unit 62. The dispensing position information creation unit 68 can output the created dispensing position information to the outside.
As shown in FIG. 2, the object 50 is provided with a plurality of reference points b that serve as a reference for the position in the object, and the image reading device 6 reads the image of the object 50 together with the image of the object 50. Like that. As a result, the analysis position information creation unit 68 can create the position on the object 50 designated by the analysis position designation unit 62 based on the plurality of reference points b. Even when mounted on the table 2, if an image is acquired by the scanner 6, the positioning can be performed accurately based on the reference point b. Further, even when the object 50 is moved to an analyzer or the like, it is possible to accurately position the dispensing position in the object 50 from the dispensing position information based on the reference point b. Become.
The table 2 that supports the object is driven by the table driving mechanism 65 and moves in a plane, and is positioned at a predetermined position designated by the dispensing control unit 64. A plurality of base points a serving as a reference are provided on the table 2 so that the image reading device 6 reads the image of the base point a together with the image of the object 50, and the analysis position information creation unit 68 includes the object 50. The upper position can be created based on a plurality of base points a. Thereby, the dispensing position information in the object 50 can be accurately determined based on the base point a.
The dispensing element 10 for dropping the sample or reagent is detachable and includes a calibration unit 72 for calibrating the dispensing position of the dispensing element 10. The calibration unit 72 detects the dispensing position based on the image read by the image reading device 6 when the dispensing element 10 dispenses a predetermined position on the table 2, and simultaneously reads the reference on the table. The dispensing position is calibrated based on the base point. Dispensing for calibration is performed at a plurality of predetermined positions as indicated by three points by the membrane 53 that develops color when, for example, the reagent on the table 2 shown in FIG. 2 is dispensed. This calibration is performed each time the dispensing element is mounted.
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a dispensing apparatus has been described as an example. However, position information to be obtained is not limited to dispensing position information, and images of membranes, electrophoresis media, and the like are displayed as images. The present invention can be similarly applied to the case where information of a detected position such as a spot in an image is read by a reading device.
An example of the dispensing device according to the fifth aspect will be described.
FIG. 5 shows one embodiment of the dispensing apparatus of the same aspect. The dispensing mechanism 102 for dispensing the reagent (or sample) has a nozzle at its lower end so that a minute amount of liquid can be dropped. An XY table 104 as a movable table is disposed below the dispensing mechanism 102, and an object to which a reagent is dispensed is placed on the XY table 104. The XY table 104 is attached to the Y drive mechanism 104Y that drives the surface that supports the object in the direction perpendicular to the drawing sheet (Y direction) and the Y drive mechanism 104Y. And an X drive mechanism 104X for driving in the direction (X direction). The object support surface of the XY table 104 is moved in the Y direction and the X direction within the horizontal plane by the Y drive mechanism 104Y and the X drive mechanism 104X, and the object placed on the support surface is moved by the dispensing mechanism 102. Position below the nozzle.
The imaging device 106 is, for example, a CCD camera, and the imaging device 106 is attached obliquely above the tip of the nozzle of the dispensing mechanism 102 so that the light receiving shaft 110 of the imaging device 106 has an angle θ from the horizontal direction. The imaging device 106 is set to capture an image of a droplet formed at the nozzle tip of the dispensing mechanism 102.
The position on the plane where the imaging device 106 is attached is within the movement range of the XY table 104, but does not come into contact with the imaging device 106 even if the XY table 104 moves within the movement range. As described above, the mounting position of the imaging device 106 is set above the XY table 104.
There is an appropriate range for the angle θ between the light receiving axis 110 of the imaging device 106 and the horizontal plane. θ is at least large enough that the imaging device 106 does not interfere with the XY table 104 and does not interfere with capturing an image of a sample or reagent droplet formed at the nozzle tip of the dispensing mechanism 102. Is set. As such an angle θ, about 15 to 45 degrees is appropriate.
A light source 108 is attached above the XY table 104 at a position opposite to the imaging device 106 across the nozzle tip, so that the imaging device 106 can image with transmitted light.
As shown in FIG. 6, the light 112 emitted from the light source 8 is reflected by the surface of the object 114 on the XY table 104, and the droplet 122 formed at the tip of the nozzle 120 of the dispensing mechanism 102. The relative positional relationship between the light source 108, the imaging device 106, the nozzle 120, and the object 114 is set so as to enter the imaging device 106 along the light receiving axis 110 of the imaging device 106.
The depth of field of the imaging device 106 is preferably set so that the surface of the droplet 122 at the tip of the nozzle and the surface of the object 114 therebelow are also focused. As a result, the state of the droplet 122 at the tip of the nozzle and the state of the surface of the object 114 can be simultaneously captured as an image and monitored.
As an application of this dispensing apparatus, for example, an apparatus that dispenses a reagent to a solid phase such as a PVDF (polyvinylidene difluoride) membrane can be cited. A spot developed by thin layer chromatography is transferred to the PVDF membrane, and a reagent is dispensed in order to develop the color of the spot. As such a solid phase, nitrocellulose, nylon (registered trademark), or the like can be used in addition to the PVDF membrane.
The XY table 4 is moved to repeat the dispensing of the reagent and sample from the nozzle tip at a number of dispensing positions. At that time, when monitoring the shape of the droplet dropped from the nozzle tip, the timing at which the imaging device 106 captures an image from the start of dropping of the droplet 122 from the nozzle 120 is made constant so that the droplets are the same. It can be processed as a timing image.
As one method for realizing such image capture, a strobe is used as the light source 108, the imaging device 106 continuously captures images, and the time from the start of dropping from the nozzle 120 to the lighting of the strobe is constant. Can be mentioned. This makes it easy to monitor the shape of the droplet by imaging a large number of droplets at the same timing. Such a droplet shape monitor controls the voltage applied to the piezo element of the dispensing mechanism that dispenses the sample and the reagent and the opening and closing of the valve so that the shape of the repeated droplets becomes constant. Can be used.
The light source 108 is not limited to a strobe, and may emit light continuously. In that case, the imaging device 106 may control to capture an image at a certain time from the start of dropping the droplet 122.
FIG. 7 schematically shows a dispensing apparatus according to an embodiment of the sixth aspect. Reference numeral 201 denotes a piezo chip dispensing mechanism, which is provided with a piezo chip as shown in FIG. Reference numeral 203 denotes liquid droplets ejected from the piezo chip, and is dispensed to a target 205 such as a container or a plate held under the dispensing mechanism 201. In order to capture and monitor the image of the discharge unit at the tip of the dispensing mechanism 201, a CCD camera 204 is disposed as an imaging device. The CCD camera 204 can simultaneously image the ejected droplet 203 as well as the state of the ejection unit. The imaging device is not limited to a CCD camera, and other cameras may be used.
The CCD camera 204 images the tip of the dispensing mechanism 1 from the horizontal direction. Although the image may be taken from an obliquely upward direction with an inclination from the horizontal, the image is preferably taken from the horizontal direction in order to more accurately monitor the state of the tip of the discharge unit.
In order to capture an image of the tip of the dispensing mechanism 201 more accurately, in this embodiment, the CCD is placed on the optical axis of the CCD camera 204 with the tip of the dispensing mechanism 1 sandwiched so that the image can be captured with transmitted light. The light source 2 is disposed on the side opposite to the camera 204. The light source 202 may emit light that is temporally continuous, but a strobe is used in this embodiment. In the case of a strobe, it can be set to emit light in synchronization with the timing at which the droplet 203 is discharged from the dispensing mechanism 201. In this case, even if the camera 204 is continuously operated, the strobe 202 A clear image is captured only when is emitted. The clear image is obtained by capturing the images of the sequentially ejected droplets 203 at the same timing, so that information like a still image can be obtained. Therefore, it is convenient for monitoring the state of the droplet 203.
Reference numeral 206 denotes a dispensing control unit which discharges by applying a voltage to the piezo element of the dispensing mechanism 201. In addition, the light emission timing of the strobe 202 is synchronized with the timing of voltage application to the piezo elements of the dispensing mechanism 201 by the dispensing control unit 206 so that the light is emitted after a certain period of droplet discharge from the dispensing mechanism 201. Be controlled.
A pressure control mechanism 208 holds the discharge liquid such as a sample or a reagent filled in a reservoir, which is a space for filling the liquid in the dispensing mechanism 201, at a constant pressure. The pressure control mechanism 208 is also used in the present invention to prepare the liquid level at the tip of the discharge unit before the start of the discharge operation.
A control computer 207 controls the dispensing control unit 206 to control the dispensing operation, and includes a storage device that stores an image captured by the CCD camera 204. The liquid is stored in the reservoir of the piezo chip in the dispensing mechanism 201. Compare the image stored in the storage device with the image of the discharge part before filling the liquid and the image after filling the reservoir with the liquid, and the difference between the image before the liquid filling after the liquid appears from the discharge part A function of a control device that controls the pressure control mechanism 208 so as to move backward until it disappears is also realized.
FIG. 8 schematically shows an example of a piezo chip in the dispensing mechanism 201.
The piezo chip is provided with a flow path leading from the reservoir 232 to the hole of the discharge section 230 at the tip, and the liquid in the reservoir 232 or the flow path is pressed by the drive section 234 including a piezo element from the discharge section 230. Discharge the liquid. The driving of the piezo element is controlled by the dispensing control unit 6. A pressure control mechanism 208 is connected to the reservoir 232 so that a constant pressure state is maintained even when the sample or reagent in the reservoir 232 decreases.
The parameter for controlling the driving of the piezo element by the dispensing control unit 206 is the magnitude of the applied voltage to the piezo element, the applied voltage rise time, the applied time, the applied voltage fall time, or at least one of them. .
With reference to FIG. 9, the operation of adjusting the liquid level state at the tip of the discharge portion before the start of the dispensing operation in this embodiment will be described. This embodiment describes the case where the control computer 7 automatically adjusts, but this operation can also be performed manually while viewing the image of the discharge portion tip.
Before starting dispensing, first perform solution filling. The tip of the piezo chip can be confirmed by capturing an image from the CCD camera 204.
When the control computer 7 instructs to fill the piezo chip with the solution, the control computer 207 first acquires and holds an image of the tip of the piezo chip before filling with the CCD camera 204. This image is defined as an image (a).
Next, the control computer 207 controls the pressure control mechanism 208 to pressurize the solution and push it out toward the tip of the piezo chip. At this time, the control computer 7 periodically captures the image of the tip of the piezo chip using the CCD camera 204, and obtains a difference from the previously taken image (a) before filling. If there is a change in the difference, the solution has come out of the tip of the piezo chip, so when the state is detected, the pressure control is fed back. In the meantime, the control computer 207 periodically captures the image of the tip of the piezo chip using the CCD camera 204, and continues the operation of taking the difference from the previously taken image (a) before filling. The feedback is periodically applied to the pressure control, and when it is detected from the difference between the images that the excess liquid amount is lost, the feedback is stopped and the state is maintained.
FIG. 10 schematically shows an apparatus to which the method of one embodiment of the seventh living surface is applied. Using a piezo-type dispensing apparatus, the size of a droplet is automatically obtained, This shows a case where the control to keep constant is automatically performed.
In order to capture an image of the droplet 306 ejected from the piezo chip 302, a CCD camera 320 directed to the droplet 6 ejected from the piezo chip 302 is provided as an imaging device. An image storage unit 322 stores an image captured by the CCD camera 320. The image capture by the CCD camera 320 is synchronized with the timing at which the droplet 6 is ejected or is captured asynchronously.
Reference numeral 324 denotes an image processing unit, and the image processing unit 324 performs image processing such as binarization and contour extraction on the image stored in the image storage unit 322 to reduce the diameter and radius of the droplet. Find and calculate the dispense volume. In the case of an image captured by the image processing unit 324 in synchronization with droplet ejection by the CCD camera 320, each droplet is an image at the same time from ejection. When the images are captured asynchronously, a plurality of images are captured in time series by the CCD camera 320 for one image. Among them, the image processing unit 324 adopts an image of a droplet that passes through the same location for each droplet. To process the image.
Reference numeral 326 denotes an image processing unit that displays an image of a droplet subjected to image processing. In addition, the dispensing amount obtained by image processing by the image processing unit 324 is sent to the piezo dispensing control unit 304a. The piezo dispensing control unit 304a controls the driving of the piezo chip 302 so that the dispensed amount (size of the droplet 6) to be discharged next becomes equal to a preset set value.
For example, as shown in FIG. 11, the piezo chip 302 discharges liquid from the discharge unit 330 by pressing a liquid reservoir 332 connected to the hole of the discharge unit 330 at the tip by a drive unit 334 provided with a piezo element. To do. A pressure unit (not shown) is connected to the liquid reservoir 332 so that a constant pressure state is maintained even when the sample or reagent in the liquid reservoir 332 decreases.
As shown in FIG. 12, the parameters for controlling the driving of the piezo chip 2 by the piezo dispensing control unit 304a are the magnitude V 0 of the applied voltage to the piezo element, the applied voltage rise time t 1 , and the applied time t 2. , All or at least one of the applied voltage fall times t 3 .
FIG. 13 summarizes the operation of this embodiment.
The driving of the piezo chip 302 is controlled by a preset piezo chip control parameter, and the droplet 6 is discharged. The CCD camera 320 captures the image of the droplet 306 in synchronization with or asynchronously with the ejection of the droplet, and stores it in the image storage unit 322. The image processing unit 324 performs image processing such as binarization and contour extraction on the image stored in the image storage unit 322, calculates the size such as the diameter and radius of the droplet, and calculates the dispensing amount. To do. When the dispensing amount is a predetermined value, the piezo dispensing control unit 304a repeats driving of the piezo chip 302 without changing the piezo chip control parameter. However, when the dispensing amount is not a predetermined value, the piezo chip control parameter is changed, and the piezo dispensing control unit 304a sets the piezo chip 302 so that the dispensing amount discharged from the next becomes equal to the predetermined value. Control the drive.
FIG. 14 schematically shows an apparatus to which the method of another embodiment is applied, and uses a syringe pump dispenser to automatically determine the size of the droplet and control it to be constant. This is a case where it is automatically performed.
The discharge of the droplet 6 from the probe 312 connected to the syringe pump 310 is performed by controlling and driving the motor 14 that operates the syringe pump 310 by the syringe dispensing control unit 318a. A disposable tip 316 is provided at the tip of the probe 312.
The CCD camera 320 that captures the image of the droplet 306, the image storage unit 322, the image processing unit 324, and the image display unit 326 are the same as those shown in FIG.
The syringe dispensing control unit 318a takes in data relating to the size of the droplet such as the diameter and radius of the droplet 306 from the image processing unit 324, and the setting value in which the size of the droplet 306 to be discharged next is set in advance. The drive of the motor 314 is controlled so as to be equal to.
The parameter that the syringe dispensing control unit 318a controls the driving of the motor 314 is all or at least one of the stroke, speed, and acceleration of the plunger.
As shown in FIG. 15, when dispensing a droplet 306 of several hundreds nL to several μL into a container 340 or a plate 342 by a syringe method, the tip of the disposable tip 316 (the disposable tip 316 is used). If not, the droplet 306 hangs in a ball shape at the tip of the probe 312, and the droplet 6 in that state is captured as an image by the CCD camera 320, and an image such as binarization or contour extraction is captured by the image processing unit 322. The process is performed, the diameter or radius of the droplet is determined, and the dispensing volume is calculated. When controlling the driving of the motor 14, the syringe dispensing control unit 318a returns the plunger if the amount of liquid corresponding to the obtained droplet 306 size is larger than the target dispensing amount, and pushes the plunger if not enough. Thus, the dispensing amount is controlled in real time, and the droplet 306 of the probe or the disposable tip is dispensed into the container 340 or the plate 342.
When the present invention is applied to a dispensing method using a syringe pump, the same applies to dispensing using a disposable tip as the tip 316 and a tip holding a filter or carrier in the tip. Can do.

本発明の液体分注装置は、例えば、メンブレン上に展開して固相化された物質を質量分析などの試料とするためにメンブレン上に試薬などを分注するための方法及び装置などとして利用することができる。  The liquid dispensing apparatus of the present invention is used, for example, as a method and apparatus for dispensing a reagent or the like on a membrane in order to use a substance developed on a membrane and solid-phased as a sample such as mass spectrometry. can do.

Claims (4)

吐出部が下向きの開口をもち、その吐出部につながる空間に充填された液を、ピエゾ素子を備えた駆動部により押圧することによりその吐出部から液滴を吐出するピエゾチップと、前記空間に充填された液の圧力状態を調整できる圧力制御機構と、前記吐出部の画像を撮像する撮像装置を備えた分注ユニットにおける分注方法において、
前記空間に液を充填する前の前記吐出部の画像を前記撮像装置により取り込んで記憶させておき、
前記ピエゾチップからの分注動作を開始する前の準備段階として、前記空間に液を充填した後、前記撮像装置により前記吐出部の画像を取り込んで液充填前の画像との差異を求めながら前記圧力制御機構を制御することにより、液が前記吐出部から現れた後、液充填前の画像との差異がなくなるまで後退させる工程とを備えた分注方法。
A piezo chip that has a downward opening and discharges liquid droplets from the discharge unit by pressing a liquid filled in the space connected to the discharge unit with a drive unit having a piezo element; In a dispensing method in a dispensing unit including a pressure control mechanism capable of adjusting the pressure state of the filled liquid and an imaging device that captures an image of the discharge unit,
The image of the ejection unit before filling the space with the liquid is captured and stored by the imaging device,
As a preparatory step before starting the dispensing operation from the piezo chip, after filling the space with the liquid, the image pickup device captures the image of the discharge unit and obtains the difference from the image before the liquid filling. And a step of reversing the liquid until the difference from the image before filling the liquid disappears after the liquid appears from the discharge part by controlling the pressure control mechanism.
前記圧力制御機構の制御を前記撮像装置により取り込んだ画像に基づいて自動で行なわせる請求の範囲第項に記載の分注方法。The dispensing method according to claim 1, wherein the pressure control mechanism is automatically controlled based on an image captured by the imaging device. 吐出部が下向きの開口をもち、その吐出部につながる空間に充填された液を、ピエゾ素子を備えた駆動部により押圧することによりその吐出部から液滴を吐出するピエゾチップを備えた分注ユニットと、
前記空間に充填された液の圧力状態を調整できる圧力制御機構と、
前記吐出部の画像を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置が撮像した画像を記憶する記憶装置と、
前記空間に液を充填する前の前記吐出部の画像で前記記憶装置に記憶された画像と前記空間に液を充填した後の画像とを比較し、液が前記吐出部から現れた後、液充填前の画像との差異がなくなるまで後退するように前記圧力制御機構を制御する制御装置とを備えた分注装置。
Dispensing with a piezo chip that has a downward opening and discharges liquid droplets from the discharge part by pressing the liquid filled in the space connected to the discharge part with a drive part equipped with a piezo element. Unit,
A pressure control mechanism capable of adjusting the pressure state of the liquid filled in the space;
An imaging device that captures an image of the ejection unit;
A storage device for storing an image captured by the imaging device;
After comparing the image stored in the storage device with the image of the discharge unit before filling the space with the liquid and the image after filling the space with the liquid, and after the liquid appears from the discharge unit, the liquid A dispensing device comprising: a control device that controls the pressure control mechanism so as to move backward until there is no difference from the image before filling.
前記撮像装置は前記吐出部の画像を水平方向から撮像するように設置されている請求の範囲第項に記載の分注装置。The dispensing device according to claim 3, wherein the imaging device is installed so as to capture an image of the discharge unit from a horizontal direction.
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