JP4965572B2 - キャップ及びダイアフラムを有する液体分配デバイス - Google Patents

Description

本発明は、液体、特に化学又は生化学液体試薬を一つの容器から他の容器に移動するためのデバイス、ならびにこのようなデバイスを組み込む装置に関する。

ハンドヘルドピペット装置を使用して、化学又は生化学試薬のような液体を移送することはよく知られている。この種類のピペット装置は、円錐形の先端部を有する中空本体を備え、中空本体の下方領域は液体を受容するために開いている。ゴムのようなエラストマ材料のバルブが本体の上端の上方にはめ込まれている。バルブを横方向に締め付けることにより、空気がデバイスから追い出され、また開口先端部が液体内にある間にバルブが解放されるときに生じる吸引により、液体が上方に向って本体内に引き込まれる。次に液体を、一つの場所から他の場所に移動することができ、バルブにさらに手で圧力を加えることによって分配することが出来る。

これらの簡単なデバイスは有効であるが、特にデバイスが小さい場合、正確な液体容積の分配を確実にすることが難しい場合がある。

さらに、このようなデバイスは、測定精度が必要とされ、且つ手による介入なしに材料を移送することが必要な、ロボットワークステーション及び他の自動化された生化学システムに使用するには適していない。

このようなロボットワークステーション及び自動化された生化学システムは、今や、様々な研究目的及び診断目的に広範囲に使用されている。現在使用されている膨大な範囲の化学的、生化学的及び生物学的反応の実施を可能にするために、多量の液体が、反応容器又はウエル内に又はそれらから自動的に移送される。多くの場合、これらのシステムは多数の液体サンプルを同時に移送し、９６又は３４８もの反応ウエルを同時に充填することが出来る。

液体をピペット装置先端部に引き込むために、これらのワークステーション及びシステムは、ピペット装置先端の上端部に管を介して取り付けられる真空ポンプを使用してもよい。代わりに、ワークステーション及びシステムは、液体をピペット装置先端部に確実に引き込むためにピストンを使用してもよい。

このようなデバイスは面倒である場合がある。さらに、エアロゾル汚染物が開口上端部を介してピペット装置先端部に入る可能性がある。これを防止するために、ピペット装置の本体内にしばしばフィルタが設けられる。しかしながら、このようなフィルタは蒸気障壁でなく、これらのデバイス内に搬送される液体が、漂白試薬及び酸のような腐食性である場合に、液体はピペット装置を腐食するかもしれない。

国際公開第２００５／０１９８３６号パンフレット

本発明は、改良された液体分配デバイスを提供する。一つの容器又は領域から他の容器又は領域に多量の液体を移動又は移送するために、液体分配デバイス（代わりに液体移送デバイスと呼ぶことができる）を使用することができる。

本発明によれば、下端部に液体を受容するための開口部を有する中空本体と、中空本体を密閉閉鎖するように配置された一体化キャップ部材とを包含する液体分配デバイスが提供され、前記キャップ部材は、下向き方向に変形可能な弾性ダイアフラムを包含する。

本明細書に使用されているように、キャップ部材に関して使用される「一体化された」という表現は、キャップ部材及びそれと関連する中空本体が纏まったユニットを形成することを意味する。キャップ部材は中空本体から取り外し可能であるかもしれないが、キャップ部材は、装置に関連する他の要素には取り付けられない。特に、デバイスは、自立する分離したユニットを形成する、個別のキャップ部材に関連する個別の中空本体の二部分アセンブリの形態をとることが可能である。

しかし、ある場合に、複数の本体を構造的に連結する又は例えば配列において共に組み合わせることができるという意味で、デバイスを共に組み合わせることが有用であるかもしれない。しかし、このような場合に、各々個別の本体は、概ねそれ自体の分離したキャップ部材に関連付けられる。

好適な実施形態において、ダイアフラムは、本体の上端部領域を気密に密閉閉鎖するように配置される。しかしながら、ダイアフラムの精密な位置は、本体の大きさ、本体に課せられる目的、及び本体が構成される材料に応じて変更してもよい。

好適な実施形態において、キャップ部材は、本体の上端部にわたってダイアフラムを形成するために、本体の上端部に関連付けられる。理想的には、ダイアフラムは、ダイアフラムが本体の上面に位置するか又は固定されるように、本体の上端部から環状に延在する。代わりに、ダイアフラムを本体の内部に、好ましくはその上端部領域に配置してもよい。

好ましくは、ダイアフラムは弾性材料のシートから成る。

理想的には、キャップ部材のダイアフラムは、ダイアフラムが本体の長手方向軸線とほぼ垂直であるように配置される。しかしながら、ダイアフラムは凹形の形状を有してもよい。

使用時に、特にダイアフラムへの下向きの変位力が印加されることによるダイアフラムの変形は、本体内から空気を排出する。開口部を有する本体の下部領域は、ピペット装置先端部を形成する。ピペット装置先端部が液体に浸漬される時に、弾性のダイアフラムの変位力は解放され、故にダイアフラムは元の形状に戻り、それにより液体を本体内に引き込む。引き込まれる容積は、加えられた変形の程度に直接関係する。

ダイアフラムは、ポリマ又はゴム材料のようなエラストマ材料から製造されることが理想的である。このような材料の特定の例は、シリコンゴム、天然ゴム、ニトリルゴム、ＥＰＤＭ又はポリウレタンを含む。特に、ショア硬さ等級によって測定されるような材料の弾性は、30Aから120Aの範囲、好ましくは40Aから100Aの範囲にある。

ダイアフラムの弾性はまた、材料の厚さによって影響を受け、一般的に、材料の厚さは、1マイクロリットルから5ミリリットルを分配するピペット装置に対して0.1から3mmの範囲であり、例えば25マイクロリットルをピペットで取るものについては0.5mmから1mmの範囲となる。

キャップ部材の直径は、本体の大きさに依存する。しかしながら、従来のほとんどのピペット装置を密閉するために、上に言及したピペット装置のような自動デバイスに使用される特定のピペット装置において、キャップ部材の直径は、0.5から4.0cmの範囲にあることが適切である。

使用時に、例えばアクチュエータデバイスを使用して、手動により又は自動的にダイアフラムに圧力を加えてもよい。後者の例では、精密かつ正確な量の液体が本体内への引き込まれることを確実にするために、加えられた変位量を正確に制御することができる。下向きの圧力を使用してダイアフラムが動作可能であるという事実は、デバイスが自動化されたデバイスにおいて容易に使用出来ることを意味する。このように、上述のようなデバイスを含む装置、及び自動的に動作可能なアクチュエータは、本発明のさらなる態様を形成する。

さらなる特定の実施形態において、ダイアフラムに、概ねダイアフラムの中央領域に、上方に突出する突起部を備え、この突起部は、上方壁部の適切な変形を確実にするために、変位力が正確な位置に加えられることを保証するための「押しボタン」として機能する。

一体化キャップ部材の存在は、本体の内容をアクチュエータデバイスから有効に隔離し、したがって、このデバイスの領域からの汚染の危険、特にエアロゾル源からのクロス汚染は排除される。その存在はまた、有害な結果がデバイスの残部に及ぶことなく腐食性液体をピペットで取ることを可能にする。

好適な実施形態において、キャップ部材は、本体と係合する側壁をさらに包含する。

その結果、本発明はまた、下端部に開口部を有する中空本体と、中空本体の上端部を密閉閉鎖するように配置されるキャップ部材であって、前記本体と係合する側壁と、弾性の上方壁部、好ましくは下向き方向に変形可能なダイアフラムとを備える前記キャップ部材と、を備える液体分配デバイスを提供する。

好ましい実施形態において、ダイアフラムは側壁から構造上独立し、側壁に対してほぼ垂直であることができる。側壁は概ね、ダイアフラムから下向きに突出して、本体の内面又は外面に係合する。好ましくは、側壁は、弾性材料、特にダイアフラムの素材と同様の弾性材料から成る。

特定の実施形態において、側壁は本体の内面と係合する。この場合、使用時にダイアフラムが本体の上面に位置するように、ダイアフラムは側壁から環状に適切に延在する。キャップ部材を本体に固定してもよく、又は代わりに取り外し可能にしてもよい。

特定の実施形態において、ダイアフラムが側壁と一体化して、その結果、それらを例えば単一の成形処理で製造することが可能である。

望むなら、より低い弾性を確保するために側壁はより厚くしてもよく、この結果、ピペット装置本体の内壁との良好な接触が保証され、かつ維持される。

キャップ部材は、従来の丸いピペット装置本体に嵌合するために、横方向断面は概ね丸いことが適切である。

さらなる好ましい実施形態において、一つ又はそれ以上の環状リングが側壁の外面の周りに設けられ、これらの環状リングは、有効な密閉がピペット装置本体の内壁とキャップ部材との間に形成されることを確実にするために配置される。

液体分配デバイスに使用するためのキャップ部材は、本発明のさらなる態様を形成する。

デバイスの中空本体は、選択的に透明である剛性プラスチック材料のような剛性材料から成ることが適切である。このような材料の特定の例は、ガラス又は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン又はポリアミドのようなプラスチックを含む。本体全体の形状は、概ね円錐形であるが、好ましくは、その上方領域は概ね管状であり、その結果、キャップ部材の側壁に容易に適合できる。代わりに、本体の領域、好ましくは下方領域は、毛細管を備えてもよい。上方領域及び下方領域は、互いに一体となり、同一の材料から製造されてもよく、又はそれらが共に融合又はクリップ留めされる異なる材料から成ってもよい。

液体分配デバイスは使い捨て可能であることが適切である。

本体は、上述のような自動化デバイス内に本体を配置し操作することが可能な外的特徴部を所有してもよい。これらの特徴部は、アクチュエータがダイアフラムに影響を及ぼして液体吸引操作を自動的に行うことを可能にするために、装置内の配置デバイス又は固定デバイスとして機能するフランジ又は隆起部を含んでもよい。代わりに、これらの特徴部を、装置の一つの部分から他の部分への液体分配デバイスの自動的な移動を容易にするために、運動アーム等と相互作用するようにしてもよい。

その結果、さらなる形態において、本発明は、化学的又は生化学的な反応を行うための装置であって、上述のような液体分配デバイスと、この液体分配デバイスのダイアフラムを下向き方向に変形させるために自動的に移動可能なアクチュエータとを包含する装置を提供する。

本装置は、アクチュエータが液体分配デバイスで作動できるように、前記液体分配デバイスを装置内の所定位置に配置するための手段をさらに備えることが適切である。

アクチュエータは、ピペット装置先端部の方向に移動可能なロッドであることが適切であるが、任意の便利な機械的プランジャをカムのように利用してもよい。

特に好ましい実施形態において、アクチュエータは磁気ロッドである。

このような場合に、免疫分離に使用される超常磁性のビーズのような磁気粒子の移送のような多機能を実施するために、容易に本装置を改造することが出来る。例えば順次操作により液体を吸引する及び／又は分配する、あるいは磁気ビーズを移動することを可能にするために配置手段を使用して、液体分配デバイスをシースと置き換えることのみが必要である。

磁気ビーズ等を一つの反応容器から他の反応容器に移動する際に、このようなデバイス及びそれらの使用は、関連技術で周知である。磁石がシース内に配置されると、シースの近傍の磁気ビーズがシースに引き付けられ、従って、磁気ビーズを一つの容器から他の容器に移動することが出来る。ビーズを必要とする容器内にシースが配置されている際に、シースから磁石を取り除くことは、ビーズが自動的に分配されることを意味する。このような配置は、Bio-nobile PickPen（登録商標）のようなハンドヘルドデバイス、及びThermo−LabsystemsからのKingfisher（登録商標）装置のような装置の両方に使用されている。

このようなプロセスが有用であるかもしれない特定の例が、以下に示される。

アクチュエータの運動は、ピペット先端部の軸線に沿ってアクチュエータを移動するために配列されるウォームドライブのようなモータを使用して適切に行われる。モータは、正確な移動、したがって、液体の正確な容積が吸引又は分配されることを確保するために、マイクロプロセッサ等によって適切に制御される。

特定の実施形態において、マイクロプロセッサが温度センサと共に備えられ、マイクロプロセッサを介して使用される温度センサは、システムの精度に影響を及ぼす可能性がある温度効果を較正する。

本発明の液体分配デバイスを組み込むために改造される特に適切な装置が、特許文献１に記載されており、その主題は参考として本出願に組み込まれている。当該デバイスにおいて、磁気ビーズの自動移送に有用な磁気ロッドは、上述の液体分配デバイス用の適切なアクチュエータを提供する。

単一の液体分配デバイスを利用できる一方、例えば、多数のウエル又は反応容器の同時の自動充填を可能にするために、一つ以上のこのようなデバイスを共に使用してもよい。例えば、ハイスループットスクリーニング用途に使用されるような従来の４８、９６又は３８４のウエルプレートを、上述のような液体分配デバイスを使用して充填することが出来る。

液体を移送するための上述のようなデバイス及び装置の使用は、本発明の別の態様を形成する。

このように本発明は、液体試薬を一つの容器から他の容器に移動する方法をさらに提供し、この方法は、キャップ部材のダイアフラムを押し下げることによって、上述のような液体分配デバイス内に前記液体を吸引することと、液体を本体内に吸引するために本体の開口端が前記液体試薬に浸漬される間に前記キャップ部材から圧力を解放することと、デバイスが異なる容器と整列するように容器又はデバイスを移動することと、デバイスのキャップ部材のダイアフラムを押し下げることによって液体を分配することとを含む。

本方法は、特に上述のような装置で自動的に行われることが適切である。

特定の状況ではこのプロセスを、例えばサンプルから検体を抽出及び濃縮するために、上述のような装置の変形形態を使用して磁気ビーズの移送手段と組み合わせることが可能である。

要約すると、本発明のデバイスは、精密かつ正確な自動化された流体移送手段として提供される。使用する作動機構は、クロス汚染の問題を完全に排除するために、ピペットされる流体から完全に隔離される。

次に、本発明について、一例として添付図を参照して特に説明する。

実施例１
液体の移送
図１に示した形状を有するさまざまなキャップ部材が、ある範囲の材料に関して準備され、各々が、異なる弾性又はショア硬さ等級及び厚さを有する。

各々のキャップ部材（１）は、円形支持側壁（３）と一体のエラストマ製のダイアフラム（２）を備えていた。ダイアフラムを側壁（３）から環状に延ばしてリム（６）を設けた。

環状のシリコン隆起部（４）を、側壁（３）の下方領域の周りに設け、突出部（５）をダイアフラム（２）の中心から上方に突出した。

キャップ部材を成形し、図２に示したピペット装置本体（７）の開口部に嵌合した。この本体（７）は、剛性プラスチック材料から製造され、ピペット装置先端部を形成する開口部（９）で終端となる下方円錐領域（８）を備えていた。上方領域（１３）の内部断面は概ね円筒状であり、上方領域（１３）には、一連の環状隆起部（１１）ならびに二対の対向フランジ（５２）が設けられ、対向フランジは、可動アーム（１０）に設けられたフォーク１２を使用して特許文献１に記載されたデバイス内に本体（７）を保持し操作できるようになっている（図３）。回転阻止突起部５０がまた設けられ、上方領域（１３）から突出している。

この場合に、ピペット装置先端部が液体サンプル内に延びることができるように、細長い中央円筒部分（１５）を上方と下方の領域（１３、８）との間に設けた。

キャップ部材（１）をピペット装置本体（７）の適所に備えるデバイスを、特許文献１に記載された装置のチャンバに導入した。アーム（１０）に隣接して設けられた垂直に移動可能な磁気ロッド（１４）の真下で、特許文献１のデバイスのフォーク（１２）の真上に突出部（５）を配置するようにデバイスは配列された（図４）。

開口部（９）を反応容器（１７）内の液体（１６）に浸漬し、ダイアフラム（２）を圧縮するために磁気ロッド（１４）を下げ（図５）、次に上げてダイアフラム（２）を解放するように、ピペット装置先端部は配置された。

少ない所定量の液体を本体７内に吸引するために、ダイアフラム（２）を押し下げて解放するように、ロッドの上向きの及び下向きの移動を制御した。次に、本体（７）を容器（１７）から取り除き、次に、液体を先端部の下に配置された測定容器内に分配した。

それらの結果が表１に示されている。

これらの結果は、本発明のデバイスを使用して、液体の精密かつ正確な容積を自動的に吸引し分配することが出来ることを示している。

実施例２
液体から溶解材料又は微粒子材料の抽出及び濃縮
本発明の装置は、吸引操作及び分配操作が順次磁気ビーズ移送により行われる場合に、磁気ビーズを使用して液体サンプルから溶解材料又は微粒子材料を抽出及び濃縮するのに特に適切であるかもしれない。このような手順は、図６に概略的に示される。

本発明の液体分配デバイスを使用して、容器（１９）からのサンプル液体（１８）が、磁気ロッド（１４）の順次下向きの及び上向きの移動によって液体分配デバイスの本体（７）内に吸引される（Ａ）。

次に、デバイスが容器（１８）から取り除かれ、新しい容器（２０）と整列され、この容器は、サンプル（１８）内に存在することが確認される又は疑われる特定の標的部分に特異性のある、例えば抗体のような結合剤を運ぶ磁気ビーズ（２１）を含むことができる（Ｂ）。この時点のロッドによるキャップ部材（１）に対する下向きの圧力は、本体の内容物を容器（２０）内に分配し、サンプル及びビーズの混合物を形成する。

しかし、好適ならば、最初に液体を分配し、次にビーズ（２１）を添加してもよい。

ビーズ（２１）と液体（１８）の混合物は、サンプル内の標的部分がビーズ（２１）に付着することが可能な十分な期間、共に培養される。

ビーズ（２１）を容器（２０）から取り除くために、液体分配デバイスは、その中に磁気ロッド（１４）を受け入れるように中空のプラスチックシース（２２）と置き換えられる。シース（２２）を同一の装置のフォーク（１２）に適合出来るように、シースを液体分配デバイスに同様のフランジ（５２Ａ）と共に備えてもよい（Ｃ）。

次に、ロッド（１４）がシース（２２）内に下げられ、シース（２２）はビーズ（２１）の領域内に下げられる。ビーズ（２１）は、磁気ロッド（１４）に引き付けられ、その結果、シース（２２）の外面に付着する。シース内の適所にあるロッド（１４）を備えるシース（２２）を取り除くことは、ビーズ（２１）を液体（１８）から抽出する。次に、それらを容器（２０）（Ｄ）から取り出すことができる。

洗浄液（２４）等を任意に含有する新しい容器（２３）内にビーズ（２１）を分配するために、シース内の適所にあるロッド（１４）とシースの外面に付着したビーズ（２１）とを備えるシース（２２）が、容器（２３）の上方に配置される（Ｅ）。

次に、ロッド（１４）が引き抜かれ（Ｆ）、次に、付着したビーズを有するシース（２２）が液体（２４）内に下げられ、その結果、ビーズ（２１）が液体（２４）内に解放される。

この手順は、従来の方法を使用して、特に特許文献１の装置を使用してオートメーションに修正できる。

本発明の実施形態に使用されるキャップ部材の斜視図である。 本発明の実施形態に使用できる本体の斜視図である。 本発明のデバイスの本体が、試薬を自動的に処理するための装置内に配置される次第を示す。 アクチュエータが、図３に示したような装置内のデバイスと相互作用する次第を示す。 本発明の液体分配デバイスの断面図である。 本発明の実施形態を使用してサンプルから検体を抽出及び濃縮するための手順を概略的に示す。

Claims (22)

1. 液体分配デバイスであって、
   下端部に液体を受容するための開口部と、上部開口部とを有する中空本体と、前記中空本体の前記上部開口部を密閉閉鎖するように配置された一体化キャップ部材との２つの部品の組み合せよりなる液体分配デバイスにおいて、
   前記キャップ部材が、下向き方向に変形可能な弾性ダイアフラムと、前記弾性ダイアフラムから下方に延在し、前記中空本体の内面又は外面のいずれかに係合する弾性側壁とを備えていて、前記弾性ダイアフラムには、前記弾性ダイアフラムのほぼ中央領域で上方に突出する突出部が設けられていることを特徴とする液体分配デバイス。
2. 前記弾性ダイアフラムが、弾性材料のシートから成る、請求項１に記載の液体分配デバイス。
3. 前記弾性ダイアフラムが、前記中央本体の長手方向軸線にほぼ垂直である、請求項１又は２に記載の液体分配デバイス。
4. 前記弾性ダイアフラムが、凹形の形状を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の液体分配デバイス。
5. 前記弾性ダイアフラムの弾性が、３０Ａから１２０Ａの範囲のショア硬さ等級を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の液体分配デバイス。
6. 前記キャップ部材の前記弾性ダイアフラムが、０．１から３ｍｍの範囲の厚さを有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の液体分配デバイス。
7. 前記弾性側壁が前記中空本体の内面と相互作用し、使用時に前記中空本体の上面に位置するように、前記弾性ダイアフラムが前記弾性側壁から環状に延在する、請求項１から６のいずれか一項に記載の液体分配デバイス。
8. 一つ又はそれ以上の環状隆起部が、前記キャップ部材の前記弾性側壁の外面の周りに設けられる、請求項１から７のいずれか一項に記載の液体分配デバイス。
9. 使い捨て可能である、請求項１から８のいずれか一項に記載の液体分配デバイス。
10. 請求項１から８のいずれか一項に記載の液体分配デバイスに使用されるのに設けられるキャップ部材であって、
    前記キャップ部材が、下向き方向に変形可能な弾性ダイアフラムと、前記弾性ダイアフラムから下方に延在し、前記中空本体の内面又は外面のいずれかに係合する弾性側壁とを備えていて、
    前記弾性ダイアフラムには、前記弾性ダイアフラムのほぼ中央領域で上方に突出する突出部が設けられている、キャップ部材。
11. 化学的又は生化学的な反応を行うための装置であって、請求項１から９のいずれか一項に記載の液体分配デバイスと、前記液体分配デバイスのダイアフラムを下向き方向に変形させるための自動的に可動なアクチュエータとを具備する装置。
12. 前記アクチュエータが前記液体分配デバイスで作動できるように、前記液体分配デバイスを前記装置内の所定位置に配置するための手段をさらに包含する、請求項１１に記載の装置。
13. 前記アクチュエータが、磁気ロッドである、請求項１１又は１２に記載の装置。
14. 前記磁気ロッドに嵌合できるシースをさらに包含する、請求項１３に記載の装置。
15. 前記アクチュエータの移動が、前記中空本体の軸線に沿って前記アクチュエータを移動するために配列されるモータを使用して行われる、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 前記モータが、マイクロプロセッサによって制御される、請求項１５に記載の装置。
17. 前記マイクロプロセッサが、温度センサを備える、請求項１６に記載の装置。
18. 前記アクチュエータの移動の程度が、温度に従って調整される、請求項１７に記載の装置。
19. 一つ以上の液体分配デバイスを包含する、請求項１１から１８のいずれか一項に記載の装置。
20. 液体試薬を一つの容器から他の容器に移動する方法であって、
    前記キャップ部材の前記弾性ダイアフラムと前記突出部を押し下げることによって、請求項１から９のいずれか一項に記載の液体分配デバイス内に前記液体試薬を吸引する段階と、
    前記液体試薬を前記中空本体内に吸引するために、前記中空本体の開口端部が前記液体試薬に浸漬されている間に前記キャップ部材から圧力を解放する段階と、
    前記液体分配デバイスが異なる容器と整列するように、前記容器又は前記液体分配デバイスを移動する段階と、
    前記液体分配デバイスの前記キャップ部材の前記弾性ダイアフラムと前記突出部とを押し下げることによって前記液体試薬を分配する段階と、
    を含む方法。
21. 自動的に行われる、請求項２０に記載の方法。
22. 請求項１１から１９のいずれか一項に記載の装置で行われる、請求項２０又は２１に記載の方法。

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