JP4906009B2 - 実験用容器の内容物を混合するためのマルチステーション装置 - Google Patents

Description

本発明は、容器、特に実験用容器を、交換可能なサーモブロック内に収容するためのホルダをそれぞれ有する少なくとも２つのアダプター板と、アダプター板のそれぞれを、水平面において環状に並進して振動する混合動作において同じ角速度で駆動することができる駆動機構とを有する、特に実験用容器の内容物を混合するための装置に関する。

容器の内容物を混合する混合装置は十分に周知である。特に実験用に、小さい容器がさらに、「交換可能なサーモブロック」と呼ばれる好適なホルダ内に、数十、数百またはさらには数千という非常に多くのまとまりで組み合わせられることにより、少量の液体を混合することもできる混合器がある。このような交換可能なサーモブロック、さらにまた反応容器は、標準化することができる。例えば、０．２ｍｌ、０．５ｍｌ、１．５ｍｌおよび２．０ｍｌの含有量を有する反応容器、およびこれらのために標準化されたそれぞれの好適な交換可能なサーモブロックがある。さらに、例えば、凍結チューブ（ｃｒｙｏ ｔｕｂｅｓ）用、Ｆａｌｃｏｎチューブ（１．５ｍｌおよび５０ｍｌ）用、ガラス容器およびガラスビーカー用、マイクロタイタープレート（ＭＴＰ）用、ディープウェルプレート（ＤＷＰ）用、スライド（ｓｌｉｄｅｓ）用、ならびに９６ウェルＰＣＲプレート用の交換可能なサーモブロックがある。このリストは限定的なものではなく、混合器を適したものにすべきである多種多様な実験用容器が存在することを示すものである。このため、いわゆる「フットプリント（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔｓ）」、すなわち、交換可能なサーモブロックの基礎構造を規定する規格および規制がある。

これらの交換可能なサーモブロックは、基本的に、個々の容器がそれらに上から挿入されるように設計されるため、既知の混合器では、環状に並進して振動し、ほぼ水平面で起こる混合動作が定着している。このため、既知の混合器においては、通常、起電力が不均衡な駆動装置（ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅ ｉｍｂａｌａｎｃｅ ｄｒｉｖｅ）が、この環状動作において「台」を駆動する役割を果たす。このため、前記台は、様々な方法で取り付けられることが知られている。例えば、２つの水平方向において直動転がり軸受（いわゆる球面ブッシュ）に取り付けることが知られているが、フィルムヒンジ軸受も知られている。あるいは、電磁的な取り付け、またはそれぞれ駆動装置としても同様に用いることができる圧電素子を用いた取り付けもある。

それらに上から挿入されるように設計されるため、既知の混合器では、環状に並進して振動し、ほぼ水平面で起こる混合動作が定着している。このため、既知の混合器においては、通常、起電力が不均衡な駆動装置（ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅ ｉｍｂａｌａｎｃｅ ｄｒｉｖｅ）が、この環状動作において「台」を駆動する役割を果たす。このため、前記台は、様々な方法で取り付けられることが知られている。例えば、２つの水平方向において直動転がり軸受（いわゆる球面ブッシュ）に取り付けることが知られているが、フィルムヒンジ軸受も知られている。あるいは、電磁的な取り付け、またはそれぞれ駆動装置としても同様に用いることができる圧電素子を用いた取り付けもある。
欧州特許出願公開第１２０１２９７ Ａ１号明細書には、特にマイクロタイタープレート向けでもある試料容器用の撹拌装置が開示されており、この装置は、各試料容器支持台用に少なくとも１つの専用の電磁的駆動機構を有する。
このような混合器は、通常、２００ｒｐｍ〜１５００ｒｐｍの回転数で駆動される。混合動作の回転数が、混合材料に必要な混合に基づいて、さらには機械的混合パラメータに基づいて設定可能であることが知られている。

特に大規模な実験作業においては、マルチステーション混合器（ｍｕｌｔｉｓｔａｔｉｏｎ ｍｉｘｅｒｓ）として知られているものを使用するのが有用であることが分かっている。このため、例えば、米国特許第５，３７２，４２５号明細書には、試料容器用のマルチプラットフォーム（ｍｕｌｔｉ−ｐｌａｔｆｏｒｍ）撹拌装置が開示されている。特に交換可能なサーモブロックについて、これらは、特に、実験用混合容器用のいくつかの交換可能なサーモブロックを同時に収容し、それによって混合動作の際により多数の実験用容器を同時に駆動するのに適している。容器用の４つの支持体を収容可能な１つの混合器板用の駆動機構を有する撹拌装置が、米国特許第３，３１０，２９２号明細書に開示されている。これに対し、欧州特許出願公開第１２０１２９７ Ａ１号明細書の撹拌装置は、一実施形態において、固有の駆動機構をそれぞれ有するいくつかの容器支持台を有する。

上記の環状の混合動作からは不均衡の問題が物理的に生じる。この問題はおもりを適切に配置することによって解決され、このおもりは、回転駆動されるアダプター板とつながっており、また不均衡を補正するために回転する。シングルステーション混合器（ｓｉｎｇｌｅ−ｓｔａｔｉｏｎ ｍｉｘｅｒｓ）においてさえ、この種のおもりがさらなる構造部品であり、これは組立ての際に調整する必要があり、かつ装置の重量全体をさらに増加させる。マルチステーション混合器においては、マルチステーション混合装置のアダプター板の数とともに、この問題がいわば倍増される。

これに対し、本発明の目的は、不均衡が補正されるとともに、より軽量でエネルギー効率が高く、かつより少ない部品で構成されるマルチステーション混合装置を提供することである。

この目的は、請求項１の特徴を有する混合装置によって達成される。好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。

本発明によれば、特に、実験用容器の内容物を混合するための混合装置には、アダプター板および駆動機構が設けられている。アダプター板は、容器を収容するのに適したホルダを有する。これは、好ましくは、アダプター板が駆動機構を用いて駆動され得る混合動作時の平静な（ｕｎｄｉｓｔｕｒｂｅｄ）運転の際に容器が自然に外れないように、容器をアダプター板のホルダに導入できることを意味することを意図している。アダプター板のホルダは、特に交換可能なサーモブロックにおける実験用容器の、特に接続部の寸法に関して、特定の規格を満たすのが好ましい。

本発明による混合装置の駆動機構は、平面において環状に並進して振動する混合動作の際にアダプター板を移動させることができる。「環状に並進して振動する」は、本発明によるこのような混合動作の際に、アダプター板の各点が、平行面のそれぞれの中点を中心として、同じ半径、同じ角速度および同じ角度位置で環状動作を行うということによって言い換えることができる。アダプター板に収容される交換可能なサーモブロックが、それらの中に直立して配置される反応容器とともに、確実な運転で混合される結果として、混合動作は水平面において起こる。

本発明による装置は、特に、運転時のそれぞれの環状の混合動作によって発生する不均衡が少なくとも部分的に補正されるように、同じ角速度で環状に並進して振動する混合動作を開始する開始位置が、それぞれの回転中点を中心として互いに対して回転されるアダプター板を特徴とする。

「互いに対して回転される」は、環状の混合動作の開始時のアダプター板の開始位置が、混合動作のそれぞれの回転中点を中心として別のアダプター板の開始位置から、所定の角度だけ外れることを示すことが意図される。

このため、混合装置の駆動機構は、特に好ましくは同じ回転方向にアダプター板を駆動する。

本発明による装置の平面図において、アダプター板は、仮想円上で鏡面対称におよび／または均等に配置されるのも好ましい。例えば、４つのアダプター板が、１つの対称軸に対してだけでなく、（第１の対称軸に対して直角における）第２の対称軸に対しても鏡面対称である。または、例えば、３つのアダプター板が、正三角形を形成するのが好ましく、その場合、アダプター板は、仮想円上で均等に配置された、互いに１２０°の角度をなす３つの対称軸に対して鏡面対称に配置される。４つのアダプター板は、仮想矩形の角で互いに対して配置することができ、すなわち、互いに対して直角である２つの対称軸に対して互いに鏡面対称である。（また、回転軸が正三角形を形成するように配置される３つのアダプター板の場合のように）アダプター板が仮想円上で均等に配置されるように、４つのアダプター板の正方配置（ｓｑｕａｒｅ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）も本明細書において可能である。挙げることのできる他の例には、均等な六角形を形成し得る６つのアダプター板が含まれる。

例えば上記のように混合装置上に配置される、（アダプター板が同じ角速度で混合動作を開始する）アダプター板の開始位置は、３６０°をアダプター板の合計数で除算して好ましくは計算される角度だけ、それぞれの回転中点を中心として互いに対して回転される。例えば、その結果として、４つのアダプター板が９０°、３つのアダプター板が１２０°、６つのアダプター板が６０°互いに対して回転される。もう一度強調するために、「互いに対して回転される」は、環状の混合動作の開始時のアダプター板の開始位置が、それぞれの回転中点を中心として別のアダプター板の開始位置から、所定の角度だけ外れることを示すことが意図される。

さらに、特にアダプター板が上記のように配置される場合、正反対にあるアダプター板の開始位置が互いに対して１８０°回転されるのが特に好ましい。例えば、６つのアダプター板が矩形上にほぼ配置される場合（４つが矩形の角に配置され、他の２つのそれぞれが矩形の長辺のうちの１つの中間に配置される）、角上で互いに正反対にある２つのアダプター板の対が互いに対して１８０°回転され、矩形の長辺の中間において互いに対向しているアダプター板の対も同様である。一方の対から他方の対への開始位置は、この場合もまた好ましくは６０°だけ異なる。

一般に、アダプター板に様々な負荷がかかることがあるため、本発明によって達成される不均衡の補正は理想的な形で物理的に機能しないことがあることが留意されるであろう。したがって、本発明によれば、不均衡が本発明によって少なくとも部分的に互いに補正され、および／または回転相において少なくとも低減されるのが有利である。

本発明のさらなる利点および特徴が、本発明の例示的実施形態を示す添付の図面を参照して、以下に説明される。

４つのアダプター板を有する、本発明による混合装置の立体図を示す。 図１に記載の装置の４つのアダプター板の概略的平面図を示す。 混合動作の方向において本発明による回転のない、図１に記載の装置の４つのアダプター板の駆動機構および軸受の平面図を示す。 環状に並進して振動する混合動作を例示するための、図２に記載の４つのアダプター板のうちの１つの概略的平面図を示す。 混合動作の方向における開始位置の本発明のよる回転を例示するための、図２に記載の４つのアダプター板のうちの１つの概略的平面図を示す。

図１において、交換可能なサーモブロック１２、１４、１６および１８を収容するためのホルダをそれぞれ有する４つのフレームの形状のアダプター板４、６、８および１０が上部に配置された混合装置２が見られる。混合装置２の筐体２０の内部の駆動機構によって、水平面において、それぞれのアダプター板の各点が、それぞれの中点を中心として、同じ半径、同じ角速度および同じ角度位置で環状の動作（環状に並進して振動する混合動作）を行うように、アダプター板のそれぞれが、各アダプター板４、６、８および１０の同じ角速度で起こる混合動作において駆動され得る。このために混合装置２に設けられる駆動機構２２、ならびにアダプター板４、６、８および１０の軸受２４、２６、２８および３０が、図３に示されており、環状に並進して振動する混合動作の概略図が図４に見られる。

まず図４を参照すると、環状に並進して振動する混合動作（混合装置２のアダプター板４、６、８および１０のそれぞれの混合動作；アダプター板１０が例として示されている）において、図４に見られるような、アダプター板の各点（左上隅Ｌおよび右上隅Ｒ、さらにまたアダプター板の重心Ｓが、例として強調されている）が、それぞれの中点Ｍ_Ｌ、Ｍ_ＲおよびＭ_Ｓを中心として同じ半径、同じ角速度および同じ角度位置で、（環形状の３つの矢印によって示される）環状経路上の水平面（図４の紙面）において移動する。

図３は、（混合動作の方向においてアダプター板の開始位置の本発明による回転のない）図１に記載の混合装置２の駆動機構２２の内側構造の平面図を示している。この図は、軸受２４、２６、２８および３０ならびに駆動機構２２により、装置の台２０（その上にこの混合動作用の駆動モータ１８も固定される）に対してアダプター板４、６、８および１０の上記の混合動作が可能になり；アダプター板４、６、８および１０のそれぞれが、装置の台に対して方向ｘにおいてある程度の自由度を有するフィルムヒンジ装置２５および方向ｙにおいてある程度の自由度を有するフィルムヒンジ装置２７によって、軸受２４、２６、２８および３０を介して取り付けられる様子を特にはっきりと示している。これにより、ベルト駆動装置２２が、水平面（図２〜５の紙面）において図４に記載の環状に並進して振動する混合動作においてアダプター板４、６、８および１０を移動することが可能になる一方、フィルムヒンジ軸受は、水平面から外れたいかなる実質的な動作も許容しない。

図２に記載の概略的平面図から、４つのアダプター板４〜１０が同じ方向に回転する（アダプター板の重心Ｓにおける小さい矢印がそれぞれの回転動作を示す）ことが分かるであろう。また、アダプター板４〜１０の重心の回転動作の中点Ｍ_Ｓが仮想矩形３２の端点において配置されることも分かるであろう。アダプター板４〜１０の間隔がデシメートル台である一方、回転動作の半径はミリメートル台である（図３の誇張された概略図においてではなく、互いに対して実際の関係において）ため、アダプター板４〜１０のこの構成は、本発明によれば、好ましくは、「平面図において実質的に鏡面対称」（すなわち互いに対して直角に延在する対称軸３４、３６に対して対称）と示され得る。

最後に、４つのアダプター板４〜１０の開始位置が「互いに対して回転される」ことも分かるであろう。アダプター板が、（重心Ｓにおける小さい矢印によって示される）その混合動作を開始し、開始位置から互いに対してそれぞれ９０°（すなわち、本発明による好ましい計算によって、３６０°をアダプター板の合計数で除算）回転される。２つの他の正反対のアダプター板６、８の重心Ｓと同様に、正反対のアダプター板４、１０の重心Ｓは互いに対して１８０°回転され、これらのアダプター板の対４、１０および６、８は、今度は、常にそれぞれの回転中点Ｍ_Ｓに対して互いに対して９０°回転される。

「互いに対して９０°回転される」をもう一度例として示すために、図５が参照される。アダプター板８の開始位置が点線で示されている一方、アダプター板４の開始位置が実線で示されている。アダプター板４（の重心）が、（重心の回転中点Ｍ_Ｓを中心として示される）アダプター板８（の重心）に対して９０°回転されることが分かるであろう。

したがって、好ましくない不均衡を低減する本発明の効果は、示される例において互いに対して９０°の、アダプター板の開始位置の本発明による回転とともに、水平面における環状に並進して振動する混合動作から得られる（よって、示される例においては、（水平動作面のｘ方向およびｙ方向において）各アダプター板４〜１０の結果として得られる２つの並進自由度を有する図３に記載のフィルムヒンジ軸受から機械的に得られ、その際、アダプター板４〜１０が、（図２によって概略的に示されるように）ベルト駆動装置２２によって回転して駆動される）。

Claims (5)

1. 実験用容器の内容物を混合するためのマルチステーション混合装置（２）であって、
   容器を、交換可能なブロック内に収容するためのホルダをそれぞれ有する少なくとも２つのアダプター板（４、６、８、１０）と、
   前記アダプター板の各々を、当該マルチステーション混合装置の残りの部分に対して、ｘ方向において所定の自由度で、およびｙ方向において所定の自由度で取り付けるための、前記アダプター板の軸受（２４、２６、２８、３０）と、
   水平面において、前記アダプター板の各点が、それぞれの中点を中心として、同じ半径、同じ角速度および同じ角度位置で環状に並進して振動する混合動作を行うように、前記アダプター板のそれぞれを、同じ角速度で起こる混合動作において駆動することができる駆動機構（２２）と、
   を有し、
   前記混合動作の際の不均衡が少なくとも部分的に補正されるように、前記環状に並進して振動する混合動作において前記駆動機構によって前記アダプター板が駆動され得る起点となる前記アダプター板の開始位置が、混合動作のそれぞれの回転中点を中心として、別のアダプター板の開始位置から所定の角度だけ外れることを特徴とするマルチステーション混合装置。
2. 前記駆動機構が、前記アダプター板を同じ回転方向に駆動することを特徴とする請求項１に記載のマルチステーション混合装置。
3. 前記アダプター板が、平面図で見て、円上で鏡面対称におよび／または均等に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のマルチステーション混合装置。
4. 前記所定の角度は、３６０°を前記アダプター板の合計数で除算して計算される角度であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のマルチステーション混合装置。
5. アダプター板が偶数であること、ならびに正反対に配置されたアダプター板の前記開始位置が、混合動作のそれぞれの回転中点を中心として、別のアダプター板の開始位置から１８０°だけ外れることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のマルチステーション混合装置。

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