JP4647101B2 - 液体分注装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、液体分注装置に関し、特に少量の液体を分注することができる液体分注装置に関する。
【０００２】
ある種の用途においては、容器から、非常に少量の（例えば１０〜５００ナノリットル（ｎｌ）の範囲の）液体を分注することができることが望ましい。この大きさの液滴は、通常は、毛細管から液体を押し出すことによっては作り出すことができない。それは、液滴の重量が表面張力を克服するのに充分なまでに大きくなるまで、この表面張力が液滴を毛細管の先端に保持するためである。これは、液滴の容量が１０乃至５０マイクロリットルの桁、すなわち目的の範囲よりも２桁乃至３桁大きい程度になるまで起こらない。
【０００３】
液体に作用するピエゾ電気アクチュエーターを用いて、計量されたある量の液体をノズルの先端を通して押し出すことによって、この限界を克服する器具は利用可能である。しかし、このような系は高価であり、一度に一つのタイプの液体にしか使えない可能性がある。そのため、いくつかの異なる液体を分注する必要がある場合には、その費用が増す。
【０００４】
改良された装置を提供することが，本発明の目的であり、第一の側面から見た場合、本発明は、液体貯蔵槽、出口孔、および液体を当該出口孔を通して押し出すための追出し手段を含む液体分注装置であって、当該追出し手段が、液体をその出口孔を通して押し出すために貯蔵槽内の液体に衝突する気体のパルスを発生させるための手段を含む、液体分注装置を提供する。
【０００５】
したがって、本発明によれば、気体のパルスによって液体をその出口孔を通して押し出すことによって、液体が分注され得ることがわかるであろう。分注される液体の容量は、気体パルスの振幅および持続時間を調整することによって制御することができる。これが、好ましい態様においては５０乃至５００ｎｌの桁まで、分注される容量の正確な制御を可能にすることが見出された。さらに、液体に力を伝達する媒体として気体が使用されるので、追出し手段のいかなる部分も、分注される液体と接触する必要はない。これは、液体の汚染を防ぐ点からも、そして装置を清掃する必要性が低減することからも、明らかな利点を有する。
【０００６】
液体を追い出す推進力は貯蔵槽内の液体に適用されるので、追出し手段のいかなる部分も、出口孔の近傍に配置する必要はない。これは、出口孔の製造を単純にすることができ、そして、出口孔を使い捨て部材上に設けることさえできることを意味する。
【０００７】
本発明にしたがった一つの好ましい集成装置においては、出口孔は、装置の統合部である。特に好ましい態様においては、出口孔および液体貯蔵槽の一つ又は両方が、適切なプラスチック材料から成形され、それによってそれらを使い捨てにすることができる。より好ましくは、出口孔および液体貯蔵槽は、両方ともに適切なプラスチックから成形され、最も好ましくは、一体成形されてカートリッジを形成する。あるいは、このようなカートリッジは、シリカ又はステンレス鋼のような一つ以上の他の適切な材料から作製されることができる。
【０００８】
上述の種類のカートリッジは、単数を提供してもよいが、好ましくは複数をカセットにして提供する。このような集成装置は新規であり、それ自身に利点があり、したがって、第二の側面から見た場合、本発明は、そこから液体を分注するための複数のカートリッジを含むカセットであって、各カートリッジが突出しているノズルの形態の出口孔およびそれと一体成形された液体貯蔵槽を有する、カセットを提供する。
【０００９】
好ましくは、カートリッジは、一体成形され、前記カセットを形成する。
【００１０】
本発明は、少なくともいくつかの好ましい態様においては、必要な液体が予め充填され、それと統合されて形成された必要な出口孔を有するカートリッジを提供することを可能にする。こうなると、本発明の第一の側面にしたがった液体分注装置を形成するために、必要なことのすべては、単に、そのカートリッジの又は複数のカートリッジのカセットの各カートリッジの液体貯蔵槽を、気体パルスを発生させる手段との間で気体が連通する状態に置くことだけである。これは、使用者にとって極めて好都合であり、したがって使用者は、貯蔵槽を液体で満たしたり、出口孔等を清掃したりする心配をする必要はない。実際、少なくとも本発明のこの側面の好ましい態様においては、分注すべき液体との接触は、完全に回避することができる。
【００１１】
他の好ましい集成装置においては、出口孔は、液体貯蔵槽の開口を閉じるために載置された別個の出口部材によって提供される。これは、液体貯蔵槽および出口部材を異なる材料で作製することを可能にし、それぞれをその機能について最適化し得るので、有利である。例えば、液体貯蔵槽の寸法は、比較的重要ではなく、したがって、それは比較的安価に、例えば射出成形プラスチック成形品として、作製されることができる。一方、出口部材の出口孔の寸法はより重要である可能性が高く、例えばより厳しい許容誤差で、例えば金属で作製され得る。
【００１２】
上述のように、出口部材および液体貯蔵槽は、好ましくは一緒になってカートリッジを形成し、そして、好ましい態様においては、複数のそのようなカートリッジを含むカセットが提供される。したがって、更なる側面から見た場合、本発明は、そこから液体を分注するための複数のカートリッジを含むカセットであって、各カートリッジが、液体貯蔵槽および液体貯蔵槽の開口を閉じるために載置された出口部材を含み、前記出口部材が、加圧された気体のパルスによって前記液体がそれを通って押し出され得るを出口孔を提供する、カセットを提供する。
【００１３】
好ましくは、少なくとも前記カートリッジの液体貯蔵槽は、互いに一体成形され、前記カセットを形成する。
【００１４】
いくつかの好ましい態様においては、出口孔は、突出しているノズル、例えば毛細管を含む。このようなノズルの口径は、好ましくは０．０５乃至０．２ｍｍの範囲であり、最も好ましくは約０．１ｍｍである。ノズルの長さは、好ましくは１乃至１５ｍｍの範囲であり、最も好ましくは５ｍｍである。
【００１５】
より好ましくは、出口孔は、液体貯蔵槽の壁にある隙間を含む。隙間は、所定の圧力パルスが適用された場合に必要な容量の液滴を与えるように、大きさが選択される。しかし、隙間は、貯蔵槽内の液体の表面張力がその隙間からの液体の漏出を防ぐのに十分なほど、小さいものであるべきである。
【００１６】
本発明の第一および第二の側面によれば、隙間が設けられた液体貯蔵槽の壁は、貯蔵槽と統合されていてもよいが、好ましくは、液体貯蔵槽の開口を閉じるために載置された別個の壁部材である。
【００１７】
好ましいように、複数のカートリッジが一緒になってカセットを形成する場合、それぞれがそれ自体のそのような壁部材を有してもよく、又は、カートリッジの二つ以上が各カートリッジのための隙間を有する壁部材を共有してもよい。
【００１８】
ただ一つの隙間を、その又は各液体貯蔵槽に提供してもよい。あるいは、隙間の寸法を増大（そのことは、漏出のより大きな可能性をもたらし得る）させずに分注され得る量を増大させるために、より多くの隙間を提供してもよい。
【００１９】
隙間は、どのような形状であってもよいが、最も都合が良いのは丸である。しかし、より多量の液体が必要であるならば、例えば細長いスリットを用いることができる。
【００２０】
好ましい態様では、隙間は、２μｍと３００μｍとの間の幅、好ましくは約４０μｍである。隙間がスリットであるならば、それは、例えば４０×５００μｍであることができる。
【００２１】
壁部材は、いずれかの適する材料、例えばプラスチック、金属、ガラス又はセラミックスから製造されることができる。好ましくは、その部材は、その液体のためにその部材が使用されることが意図されているその液体とは、水に対して反対の関係を有する。すなわち、好ましくは、その液体が疎水性である場合、その部材は親水性であり、あるいはその逆である。その部材は、いずれかの適切な厚さを有することができるが、好ましくは１０μｍと１０００μｍ（１ｍｍ）との間であり、最も好ましくは約５０μｍである。
【００２２】
隙間は、適切な精巧な技術、例えばエッチング、電気メッキ、レーザー穿孔又は機械穿孔により形成され得る。
【００２３】
壁部材は、その又は各液体貯蔵槽に、いずれかの適切な方法、例えば接着、超音波溶接、摩擦溶接等により固定され得る。一つの好ましい態様においては、液体貯蔵槽は、その開口端に向かって先細りになり、壁部材は、先細り末端を有する締り嵌め（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｉｔ）内に押し込まれる。従って、壁部材は、好ましくは液体貯蔵槽と同じ周縁形状を有し、最も好ましくは壁部材は丸い。そのような場合の壁部材の直径は、好ましくは０.５ｍｍと６ｍｍとの間であり、最も好ましくは約２ｍｍである。
【００２４】
一つのカートリッジ又はカセットの各カートリッジは、使用前に、適切な液体、例えば、必要な場合、水中に溶解されている凍結乾燥された試薬で満たされ得る。液体貯蔵槽が出口孔と隣接している本発明の好ましい態様は、管等のデッドスペースに配慮するために必要とされる余分な量を必要とせずに、試薬の必要な量だけを作ることができるので、このような状況において有利である。
【００２５】
上記したように、本発明によるカートリッジのカセットは、免疫検定法、細胞検定法、薬のスクリーニングを含むがそれらに限定されない多くの用途に有用であり、そして、それらは、例えば、ＤＮＡ配列分析のために必要な四つのヌクレオチドの各々を含有するカートリッジを有するカセットを与えるので、「シークエンシング・バイ・シンセシス（Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ Ｂｙ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）」としばしば呼ばれている方法を用いてＤＮＡを分析するために、特に有用である。それゆえ、好ましくは、カートリッジは、それぞれ一種以上のヌクレオチドを含有する。単一のカセット中に複数のカートリッジを備える能力により、配列分析プログラムに必要な試薬の完全なセットを提供することをさらに可能にする。従って、さらに好ましくは、カセットのカートリッジは、それぞれ一つ以上の酵素（より好ましくはポリメラーゼ、ルシフェラーゼ、アデノシン三リン酸（ＡＴＰ）スルフリラーゼ、及びアピラーゼのようなヌクレオチド分解酵素を含む群から選ばれる）を含有する。そのような一組の試薬は、国際出願公開ＷＯ９８／１３５２３に述べられている遺伝子配列分析方法に特に有用である。本明細書に記載されているように、実際、本発明が液体分注装置又はカセットを用いる遺伝子配列分析方法にまで及ぼされることは、正しく理解されるであろう。
【００２６】
先に論じたように、先に記載した種類のカートリッジは、必要な場合には、使用者により、適切な液体で満たされ得る。その代わりとして、一つのカートリッジ又はカセットの各カートリッジは、適切な液体で予め満たされ且つ密封されており、その密封（シール）は、気体パルス発生手段を含む装置にカートリッジに載置されて破断される。好ましくは、その密封は、カートリッジをその装置に載置させる行為により破断される。カートリッジの液体貯蔵槽の内部との気体の連通を確立するための導管が、その密封を破断するのが有利である。
【００２７】
上記のことから、本発明の第一の側面に従って、装置により分注される液体を含有する密封されたカートリッジは、それ自体新規ではないが、使用者には特に便利であり、従って、更なる側面からみたときに、本発明は、その中に貯蔵された所定の液体を有する液体貯蔵槽であって、その一端が壊れ易い密閉手段によって閉じられている当該貯蔵槽と、当該貯蔵槽に結合するか又は当該貯蔵槽と統合的に形成され且つ当該貯蔵槽と液体で連通する出口孔とを含むカートリッジを提供することが分かるであろう。
【００２８】
代替態様として、本発明は、試薬、好ましくはヌクレオチド又は酵素との組み合わせにおける、液体貯蔵槽と、当該貯蔵槽に結合するか又は当該貯蔵槽と統合的に形成され且つ当該貯蔵槽と液体で連通する出口孔とを含む、上述した液体分注装置中における使用のためのカートリッジにも及ぶことがわかるであろう。
【００２９】
試薬、例えばヌクレオチド又は酵素は、適切な液体形状であることができ又は凍結乾燥され得る。後者の場合には、水のような容易に入手できる希釈剤が用いられ得、又はその代わりに、適切な希釈剤が組み合わせの一部として提供され得もする。
【００３０】
壊れ易い密封手段は、好ましくは、貯蔵槽の上への開口を覆う、例えばアルミニウムの箔膜を含む。これは、汚染されずに貯蔵槽中の液体を保持し、一方同時に、例えば気体パルス発生手段と連結した気体ノズルによって突き刺すのが比較的容易である、費用対効果のある方法である。
【００３１】
所定の液体は、好ましくはヌクレオチド又は酵素を含む。
【００３２】
酵素が提供される場合、予め充填されたカートリッジ中の所定の液体として又は使用者により添加される別個の液体として、その酵素は、好ましくは、ポリメラーゼ、ルシフェラーゼ、アデノシン三リン酸（ＡＴＰ）スルフリラーゼ、及びアピラーゼのようなヌクレオチド分解酵素を含む群から選ばれる。
【００３３】
気体パルスを発生させる手段は、いずれかの適切な手段、例えば、容量の迅速な低減を受けるために準備されたふいごを含み得る。しかし、好ましくは、そのパルス発生手段は、液体貯蔵槽に選択的に連通され得る加圧気体の供給源を含む。そのような集成装置は、複数の液体貯蔵槽を駆動させるために加圧気体の単一の供給源を用いることができ、それにより、多くのノズルの各々に駆動手段が個々に備えられている集成装置に比べて費用を有意に節約させるので、特に有益である。液体貯蔵槽を気体の供給源と選択的に連通させるための手段が、そのような液体貯蔵槽の各々のために提供されるか、又は、液体貯蔵槽の二つ以上が、それらの内容物が同時に分注されるように、単一の選択手段と連結され得る。
【００３４】
前記の選択的連通をもたらすために、好ましくは一つ以上のバルブが提供され、好ましい態様では、電磁バルブが用いられる。電磁バルブは、機械的摩耗が殆どなく、非常に迅速にかつ正確に操作され得るので、特に有利である。
【００３５】
好ましいように、液体を分注するための装置が、加圧気体の供給源を液体貯蔵槽と選択的に連通させるための手段の形態で気体パルス発生手段を含む場合、加圧気体の供給源は、その装置内に含まれ得る。最も好ましくは、加圧気体の供給源は、加圧貯蔵槽を供給する圧縮機を含む。代替的には、その装置は、加圧気体の外部供給源に連結するための気体入口を含む。どちらの場合においても、本発明の装置は、好ましくは入ってくる気体の圧力を制御する手段を含み、それにより、発生されるパルスの振幅が正確に制御されるのを、従ってその結果として、液体の容量が正確に制御されるのを可能にする。圧力制御手段は、機械的開放バルブ等を含む。しかし、好ましくは、そのような手段は、貯蔵槽内又は気体入口の圧力を監視するために用いられる圧力電子センサー、及び前記圧力を所定の範囲内に維持するために、圧力センサーからの信号に応答して前記圧力を高くしたり低くしたりする手段を含む。
【００３６】
気体パルス発生手段は、好ましくは、１乃至１０００ミリ秒のパルス幅を有して、２００乃至１，０００ミリバール（２０乃至１００ｋＰａ）の範囲の振幅を有する圧力パルスを発生する。これにより、５０ｎｌ乃至１，０００ｎｌ（１０μｌ）の範囲の容量が、分注可能になる。
【００３７】
本発明のある好ましい態様が、添付の図面を参照して、単に実施例として、ここに記述される。
【００３８】
図１に戻り、参照番号１で一般に命名されたカートリッジカセットを含む液体分注装置が見られる。このカセットは、八つのカートリッジ２を含み、そのうち三つは図中で目に見える。各カートリッジ２は、遺伝子配列分析方法に使用される試薬４で部分的に満たされている。カートリッジの容量は約２ｍｌである。異なる試薬４が、各カートリッジ２中に用意されている。具体的には、カートリッジ２の四つは、四種の塩基、即ちシトシン、グアニン、アデノシン及びチミンの、各一つのデオキシヌクレオチド三リン酸塩を含む。四つの更なるカートリッジ２は、ポリメラーゼ、ルシフェラーゼ、アピラーゼ及びＡＴＰスルフリラーゼを含む。しかしながら、同様に、カートリッジのいくつか又は全ては、同じ内容物を含むことが出来る。
【００３９】
各カートリッジ２の端に、毛細管ノズル６がある。このノズルは０．１ｍｍの口径を有する。描かれた態様においては、ノズル６は、カートリッジ２の残りと統合的に、高分子から成型されている。しかし、カートリッジは、別個のノズルを収容するための手段と共に形成され得る。
【００４０】
カセット１は、使用者がそれらを扱うことによる汚染からカートリッジ２を護り、逆に、使用者を分注される液体又はとても細い、即ち鋭いノズル６に接触することから護る、外部ケース８を有する。隙間１０は、液体を通過させるために、ノズル６と整列されているカセットケース８の土台に備えられている。
【００４１】
カセット１の上端に、薄い金属箔１６が、カートリッジ２を密封するために、それらの頂上を覆って提供されている。箔１６は、ケース８の側壁で形成されたカセット１の開放上端まで延びているが、箔１６の頂上の周りに直立した縁を残すように、頂上の端から少しばかり下方にセットされる。
【００４２】
カセット１は、マイクロ・タイター・プレート（ＭＴＰ）１２の上で横に両方向に動かせるキャリッジ（運送箱）１８内に取付けられる。ＭＴＰは、９６穴１４を有し、それらの中の三つが示されている。カセット１は、実際、隙間のある板２２上に置かれるように、下向きに先細になっているチャンバー２０中に収容され、その隙間は、カセット中の隙間１０と、そしてカートリッジ１８が適切に配置される時にはＭＴＰ１２の穴１４とも、一直線となっている。
【００４３】
カセット１は、カセットケース８の頂端で縁内部にぴったりと合う、ゴムシール２４をその下面に有している蝶番で動く蓋３により、チャンバー２０中に保持される。シール２４は、カートリッジ２が蓋３に関して密封されるのと同様にお互いに関しても密封されることを確実にするようにも配列される。
【００４４】
蓋３中に固定されるのは、ずらりと並んだ穴あけカニューレ２８であり、それは、カートリッジ２の各々について一つである。これらのカニューレ２８は、鋭い先端を有し、よって、蓋３がチャンバー２０中のカセット１上で下向きに蝶番で動かされるとき、カニューレ２８が箔シール２８を貫く。カニューレの他方の端は、各々、パイプ２６によって電磁バルブ（示されていない）（このバルブは、予め決まった時間、パイプ２６を加圧気体の供給源に選択的につなげ、気体パルスを発生させる）に接続されている。加圧気体は、イタリアのＦｉｎｉ，Ｚｏｌａ，Ｐｒｅｄｏｓａ，Ｂｏから市販されているコンプレッサー型ＥＣ Ｇｅｎｉｕｓ／Ｍ ２０２ ２３０５ ＥＵ．ＳＶ．Ｃによって発生させられる。
【００４５】
気体パルスは、計量された量の試薬４を、ノズル６を通ってカートリッジ２の外に押し出し、ＭＴＰ１２上の対応する穴１４中に入れる。１０ミリ秒間の５００ミリバール（５０ｋＰａ）のパルスは、約２００ナノリットルの試薬を穴１４に分注する。同時の分注も可能であり、例えば、いくつかの別個の一連の穴への分注をキャリッジ１８を移動させずに行うことが出来るように、使用された差し込まれた一連の穴を有する非常に多くの穴を有するプレートが使用された場合には、これは有用であり得るけれども、試薬は、一度にカートリッジ２の一つからのみ分注される。
【００４６】
カートリッジ中の試薬が一旦使用されると、カセットは蓋３を開けることで簡単に取除かれ、新しいものと取替えられ得、新しいシールは、カニューレ２８で壊される。カニューレ２８も装置のその他固有の部分も、どの段階においても試薬と接触しないため、汚染の機会は殆どなく、異なる試薬が使用されることとなっている場合であっても、使用と使用との間に、装置を洗浄する必要はない。
【００４７】
図２は、本発明のもう一つの態様のカートリッジ３０の一部を示す。液体貯蔵槽３２は、その下端３２ａで先細りとなっており、環状の縁３４で取り囲まれた開口を形成していることが分かるであろう。貯蔵槽３２と縁３４は、射出成型されたプラスチックで統合的に形成されている。底の開口は、薄い金属箔ディスク３６（これは、穴あけで形成された中央の隙間を有する）で閉じられている。ディスク３６は、液体貯蔵槽３２の端に押しつけられ、それにより、液体を漏らさない締り嵌めを形成している。ディスクは、直径が２ｍｍで、５０μｍの厚みである。隙間は、本質的に、直径が約４０μｍの円である。これは、貯蔵槽３２からの液体のいかなる漏出をも防ぐのに十分なほど小さい。
【００４８】
この態様は、毛細管の口径に比べて隙間の寸法を正確に制御することはより容易であり、更に、潜在的に危険な鋭い先端がないという更なる利益を有することが正しく理解されるであろうけれども、既に述べた態様と全く同じ方法で作動する。
【００４９】
いくつかのカートリッジを含むカセットを有する本発明の態様が記載されたが、本発明は、いくつかのカートリッジを使用することに限定されず、その代わりに単一のカートリッジ貯蔵槽が使用され得ることは、当業者によって理解されるであろう。さらに、液体貯蔵槽は、除去可能である必要はなく、その代わりに、装置の統合部分であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に従うカートリッジのカセットと液体分注装置の概略図である。
【図２】 図２は、本発明の第二の態様に従うカートリッジの断面図である。

Claims (12)

1. １０乃至５００ナノリットルの範囲の液滴を分注するための複数のカートリッジを含むカセットであって、
   前記複数のカートリッジの各々が液体貯蔵槽および液体貯蔵槽内において開口部を閉じるように固定された出口部材を含み、
   前記出口部材が、貯蔵槽内の液体の表面張力から液体の漏出を防ぐのに十分な大きさの開口部である、出口孔を含み、
   前記液体貯蔵槽が所定の液体を含み、
   前記液体貯蔵槽の一端が、気体ノズルを突き刺して貫通することができる壊れ易い密封手段によって閉じられており、
   前記気体ノズルを通じて液体の表面に圧縮された気体のパルスを適用することにより前記液滴を分注することを特徴とする、カセット。
2. 少なくとも、前記複数のカートリッジの複数の液体貯蔵槽が一体成形されている、請求項１のカセット。
3. 前記出口部材が１つの隙間を含む、請求項２のカセット。
4. 前記隙間が２μｍと３００μｍとの間の幅を有する、請求項１のカセット。
5. 前記壊れ易い密封手段が箔膜を含む、請求項１のカセット。
6. 前記液体貯蔵槽がヌクレオチド又は酵素を含む、請求項１のカセット。
7. 前記貯蔵槽が、ポリメラーゼ、ルシフェラーゼ、アデノシン三リン酸（ＡＴＰ）スルフリラーゼ、およびアピラーゼのようなヌクレオチド分解酵素からなる群から選択された酵素を含む、 請求項６に記載のカセット。
8. 請求項１に記載のカセット及び該カセットの液体貯蔵槽に気体ノズルを通じて選択的に連通している加圧された気体の供給源を含む液体分注装置。
9. １０乃至５００ナノリットルの範囲の液滴を分注するための複数のカートリッジを含むカセットであって、
   前記複数のカートリッジの各々が液体貯蔵槽および液体貯蔵槽内において開口部を閉じるように固定された突出したノズルを含み、
   前記出口部材が、貯蔵槽内の液体の表面張力から液体の漏出を防ぐのに十分な大きさの開口部である、出口孔を含み、
   前記液体貯蔵槽が所定の液体を含み、
   前記液体貯蔵槽の一端が気体ノズルを突き刺して貫通することができる壊れ易い密封手段によって閉じられており、
   前記気体ノズルを通じて液体の表面に圧縮された気体のパルスを適用することにより前記液滴を分注することを特徴とする、カセット。
10. 前記壊れ易い密封手段が箔膜を含む、請求項９のカセット。
11. 前記液体貯蔵槽がヌクレオチド又は酵素を含む、請求項９のカセット。
12. 前記貯蔵槽が、ポリメラーゼ、ルシフェラーゼ、アデノシン三リン酸（ＡＴＰ）スルフリラーゼ、およびアピラーゼのようなヌクレオチド分解酵素からなる群から選択された酵素を含む、 請求項１１に記載のカセット。

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