JP5216820B2 - 分注装置および核酸分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、分注装置および核酸分析装置に関する。

試薬・サンプル・検体等、装置にセットされた様々な液体を任意の場所に自動で送液するために、分注ロボットが使われることが多い。分注ロボットとは、装置の一定範囲内を２次元、もしくは３次元に駆動させ、先端に付いたノズルやチップ等（以下ノズルとする）にて液体の吸引・吐出を自動で行うユニットである。各種自動分析装置等、様々な装置にて使われている。

各種自動分析装置等において、送液しなければならない液体（以後試薬とする）は高価なものが多い。そのため、分析を行うために必要な試薬の使用量をなるべく少なくする必要がある。また、医療機器等の場合、何らかの原因で送液に失敗した時に、誤診に繋がらないようにエラーを表示させる必要がある。そこで、液面検知を行い、ノズルが試薬に付着する量を少なくし、試薬の使用量を最小限に抑える方式がよく採用されている。液面検知は、ノズルを電極とした静電容量方式がよく採用されている。この方式を採用することで、試薬の入った容器の数が増えても、１つの液面検知機能で全ての容器に対して液面検知を行うことができる。静電容量方式の液面検知を行う際、ノズルを電極とするため、ノズルが試薬以外の部品と接触することを避ける必要がある。ノズルが試薬以外の部品に接触した時に、その接触した部品を液面だと誤検知してしまう恐れがあるからである。

一方、各種自動分析装置等において、装置に長い時間試薬をセットしておかなければならないことがある。装置に長い時間試薬をセットしておくと、試薬の蒸発・化学成分の劣化等は避けることができない。しかし、試薬の使用量を減らせば減らすほど、試薬の蒸発・化学成分の劣化の影響は大きくなる。そうすると、解析結果の信頼性が損なわれてしまう恐れがある。試薬の蒸発・化学成分の劣化を防ぐためには、試薬を冷却する方法の他に、空気と遮断しなければならない。

上記２つの機能を両立するためには、ノズルは試薬以外と非接触にしつつ、試薬は空気となるべく遮断しなければならない。必要な空気との遮断の程度や遮断の方法に関しては、使用する試薬の成分や特性，使用環境が違うため装置によって異なる。場合によっては試薬容器に蓋を付けて空気とより遮断する必要が出てくる。蓋を付けるとノズルと蓋が接触してしまうため、静電容量方式の液面検知では誤検知する恐れがある。そのため、蓋を開閉するための機構が別に必要となる。蓋を開閉するためには新たな駆動機構の追加も余儀なくされるため、それによりコストの大幅アップ，装置サイズ大型化，発生ノイズの増加等の欠点が出てくる。

この改善策として、蓋を導電性の弾性体にし、ノズルで蓋を貫通させてから液面検知を行うという方法がある。だが、試薬吸引の際にノズルに付着した試薬が蓋にも付着してしまう。再度その試薬を吸引する際に、その前に蓋に付着した試薬がノズルの根元まで付着してしまう。これにより、試薬間のクロスコンタミネーション（別々の試薬同士が混合されてしまう）の増加が懸念される。それを解決させるためには、ノズル洗浄の際、ノズルを根元から洗浄を行う必要がある。

ノズルの洗浄には純水を使用することが多い。使用する純水の量が増えると、装置にセットしておく純水の容量が増加し、その分廃液を溜める容器の容量も増加してしまい装置が大型化してしまう。また、根元から洗浄を行うことで、ノズルに付着する純水の容量が増えてしまい、試薬吸引時にノズルに付着した純水により希釈されてしまうといった欠点がある。

特開平１−５３１６７号公報 特開２００５−３２４８３２号公報

解決しようとする課題は、試薬間のクロスコンタミネーションを防止しつつ、試薬容器に蓋を付けることの両立を行う分注装置および核酸分析装置を提供することである。

本発明の分注装置は、液体を吸引および吐出する分注ノズルと、該分注ノズルよりも下方に突出した突起部と、分注ノズルおよび突起部を垂直方向へ駆動させる駆動部と、を備え、分注ノズルが突起部とは独立して垂直方向へ駆動する。

試薬間のクロスコンタミネーションを防止しつつ、試薬容器に蓋を付けることの両立を行う分注装置および核酸分析装置を提供することができる。

本発明の分注装置の一部の構成を示す概略図である。 本発明の分注装置の一部の構成を示す概略図である。 本発明の分注装置の一部の構成を示す概略図である。 本発明の核酸分析装置の概略構成を示す図である。 本発明の分注装置の一部の構成を示す概略図である。 本発明の分注装置の一部の構成を示す概略図である。 本発明の分注装置の一部の構成を示す概略図である。 本発明の分注装置の一部の構成を示す概略図である。

図４は、本発明の核酸解析装置（核酸分析装置）の概要である。温度調節試薬ラック１４に配置された各試薬容器１１，１３内の試薬を分注ロボット９にて吸引し、試薬注入口１５から標本試料プレート１８へ注入する。分注ロボット（分注機構）９は、Ｚ軸駆動ユニット２１と分注ノズル１０とを備えている。

一部の試薬は試薬混合容器１２にて数種類混合してから注入する。標本試料プレート１８は温度調節ホルダ１９にて固定及び温度調節をされ、化学反応を促進させる。

その後、温度調節ホルダ１９に固定された標本試料プレート１８は搬送ステージ２０にて光学ベース１６の中に搬送される。

ＣＣＤカメラユニット１７内部の光源（不図示）により発せられた光を光学ベース１６内に搬送された標本試料プレート１８へ照射することにより、標本試料プレート１８から蛍光を発し、それをＣＣＤカメラユニット１７内部のＣＣＤカメラ（不図示）で撮影する。撮影された画像を元に核酸の解析を行う。

本発明は、静電容量方式の液面検知，試薬の蒸発・化学成分の劣化防止の両立を、新たな駆動部、ソフトを設けずに実施した。以下、具体的に説明する。

図１は本発明の分注機構および試薬容器を示す概略図である。

分注機構は、Ｚ駆動ベース１に固定された分注ノズル１０と、分注ノズル１０の周りに設けられＺ駆動ベース１の内部を駆動可能に貫通したシャフト４と、このシャフト４の先端に設けられた蓋開閉部品３とを備える。

Ｚ駆動ベース１と蓋開閉部品３の間には、シャフト４に沿ってバネ５が配置されている。また、蓋開閉部材３は、その先端が分注ノズル１０の先端よりも下方へ突出している。さらに、蓋開閉部材３は、内部が中空の円柱形状であり、この中空部分に分注ノズル１０が位置する。シャフト４は、Ｚ軸駆動ベース１と蓋開閉部材３とを連結しており、Ｚ軸駆動ベース１がこのシャフト４に沿ってＺ軸方向へ駆動可能である。

また、試薬容器６には、切り込みが入った超弾性体の蓋７が設けられている。

次に、この分注機構の分注動作について説明する。

まず、分注機構が試薬容器に向かって下方へ移動する。図２に示すように、蓋開閉部材３が試薬容器６の蓋７を押し開けつつ、試薬容器内へ進入する。Ｚ駆動ベース１がさらに降下すると、蓋開閉部品３を固定しているバネ５がたわむことで、蓋７を押し開けた位置で止まる。それにより、図３に示すように、分注ノズル１０が蓋７と接触することなく試薬８を吸引することが可能となる。試薬８吸引後、分注ノズル１０が上昇すると、蓋７は蓋７自身の弾性により元の位置に戻り、試薬８と空気を遮断する。また、蓋開閉部品３は自重と蓋７との摩擦により元の位置に戻る。

図５は、分注ロボット（分注機構）９のＺ軸駆動ユニット２１の詳細を示した図１とは別の実施例である。

Ｚ駆動ユニットについて説明する。Ｚ駆動ユニットは、Ｚ軸駆動ベース２２を備えており、Ｚ軸駆動ベース２２の内部には、２本のシャフト２５が貫通しており、これらのシャフト２５の両脇にシャフト固定部材４１が設けられている。シャフト固定部材４１は、先端に回転部４２を備えたシャフト押圧部材４３と、このシャフト押圧部材４３を水平方向へシャフト２５に対して押し付けるバネ４４と、これらシャフト押圧部材４３及びバネ４４を保持する筐体４５と、筐体４５を下方へ押し付けるねじりバネ４６とを備えている。ねじりバネ４６は、Ｚ軸駆動ベース２２に固定されている。

次に、シャフト２５の上方側の形状について説明する。シャフトの上方側は、径が上方に近づくにつれて徐々に多くなり、その後元の径の大きさに戻る箇所を有しており、さらにその先に重り４８を備えている。シャフト押圧部材４３は、図５に示すように、径が最も多くなった箇所の上端を上方から押さえつけている。重り４８は、シャフト２５を上方から下方へ押さえつけている。

また、実施例１と同様に、シャフト２５の下端には蓋開閉部材２６が設けられており、シャフト２５間には、分注ノズル１０が設けられている。なお、試薬容器３７の蓋３８に切り込みが入っている点は実施例１と同様である。

次に動作を図５〜図８を用いて説明する。

図５の初期位置からＺ軸駆動ベース２２が下降すると、まず蓋３８に蓋開閉部品２６が接触する。蓋開閉部品２６はシャフト２５に固定されており、シャフト２５はねじりバネ４６で荷重がかけられているため、その荷重にて蓋３８を押し開く（図６）。

Ｚ軸駆動ベース２２がさらに降下すると、蓋開閉部品２６は試薬容器３７の淵に接触して止まるため、ねじりバネ４６がたわみ、分注ノズル１０のみが降下していく（図７）。

ねじりバネ４６は、一定のたわみ量を超えたら、シャフト固定部材４１がシャフト２５の径が大きくなっている箇所を乗り越え、シャフト２５から離れ、シャフト２５への荷重が解除される。

分注ノズル２７には静電容量方式の液面検知機能が備わっており、試薬３９の液面を検知してから一定量降下し、試薬３９の吸引を行う。試薬３９吸引後、Ｚ軸駆動ベース２２が上昇する（図８）。上昇していくと、蓋開閉部品２６は試薬容器３７の淵から離れ、重り４８による自重と、蓋３８との摩擦により元の位置に戻る（図５）。蓋３８も、自身の弾性と蓋開閉部品２６との摩擦により元の位置に戻る。

本形態を取ることで、試薬３９吸引の際に分注ノズル１０と試薬容器３７の蓋３８を非接触にしつつ、吸引時以外は試薬容器３７中の試薬３９を空気と遮断することが可能となる。それにより静電容量方式の液面検知と試薬３９の蒸発・化学成分の劣化防止の両立が可能となり、試薬吸引の信頼性・解析結果の信頼性が向上する。

また、蓋３８を通じて試薬３９が分注ノズル１０の根元まで付着することが無いため、コンタミネーションの防止，分注ノズル２７洗浄の簡略化，洗浄時間短縮，洗浄液量の低減が図れる。さらに、荷重をかけるためのねじりバネ４６をＺ軸駆動ベース２２の上部に配置することで、何かの拍子でねじりバネ４６に試薬が付着することが無いようになる。

荷重をかけるためのねじりバネ４６は押しバネや引きバネでも良い。ただし、押しバネや引きバネを採用した場合、試薬容器３７の底が深い場合は、試薬容器３７から試薬３９を吸引する際、バネのたわみ量が大きくなり、Ｚ軸駆動ベース２２への荷重が増大してしまう。

ねじりバネ４６を採用した本構造にすることで、一定のたわみ量を超えるとシャフト２５への荷重が無くなるため、底が深い試薬容器３７にも対応できる。本発明を一度開ききった蓋３８はシャフト２５への荷重を無くしても閉じることは無い。しかしながら、試薬容器３７の底が浅い場合は、押しバネや引きバネを使用した方が構造を簡略化できる。また、重り４８を大きくして蓋３８を開けることができる重さにすることが可能であれば、重り４８の自重のみで蓋３８を開閉しても良い。

本構造を応用することで、蓋３８を開閉すること以外のことも可能となる。仮に蓋３８を開閉せず、貫通させて試薬３９の吸引を行う際、試薬の吸引後ノズル２７を上昇させる際に試薬容器３７も一緒に持ち上げてしまう恐れがある。それに対し、本構造のねじりバネ４６を押しバネや引きバネ等にし、常に試薬容器３７に荷重を与えることで、試薬容器３７の浮き上がりを防止することができる。

さらに、本構造のシャフト２５や重り４８に検知板を付け、その検知板をセンサーで認識することで、試薬容器３７の有無を判別することができ、顧客の試薬セット忘れを防止することができる。

これらの機能を温度調節試薬ラック１４側に設けると、試薬容器の数分だけセンサーや機構が必要となる。だが、本発明によりこれらの機能を分注ユニット９側に設けることでいくら試薬容器の数が増えても一つのセンサー，一つの機構で対応が可能となる。

分注ロボットを有する各装置において、試薬の蒸発・化学成分の劣化防止のために試薬容器に蓋を付け無ければならない装置。また、静電容量方式の液面検知やコンタミネーションの防止，洗浄の簡略化，その他の理由により、蓋とノズルを非接触にしなければならない装置。この時、分注ロボット本来の動きを利用し、新たな駆動機構，ソフトを設けず、分注ロボット本来の動きにも制限をかけること無く実現することを特徴とする。

分注ロボットを有する各装置において、試薬吸引時に試薬容器が浮き上がってしまう恐れがあり、それを防止する必要がある装置。浮き上がり防止のための機能を分注ロボットに搭載していることを特徴とする。

分注ロボットを有する各装置において、試薬容器の有無を検知する必要のある装置。試薬容器の有無の検知機能を分注ロボットに搭載していることを特徴とする。

本発明により試薬容器の蓋とノズルを非接触にすることで、静電容量方式の液面検知と試薬の蒸発・化学成分の劣化防止が可能になる。それにより、試薬吸引の信頼性・解析結果の信頼性が向上する。また、ノズルと蓋を非接触にしたことで、蓋を通じてノズルに試薬が付着することを防げる。これによりコンタミネーションの防止，ノズル洗浄の簡略化，洗浄時間短縮，ノズル洗浄に必要なシステム水の低減が図れる。

本発明の構造では、試薬の蓋開閉を新たな駆動機構を追加せずに行うことができるため、原価低減・スペースの確保・発生ノイズの低減が図れる。さらに、分注ロボットの持っている上下運動のみを使用して蓋を開閉するため、分注ロボット本来の動きに制限を与えることが無い。また、蓋開閉機構を分注ロボットに乗せたことにより、試薬容器の数が増えても蓋開閉部品は一つで済むため、試薬種類の増加に対する対応が容易である。

１ Ｚ軸駆動ベース
３，２６ 蓋開閉部品
４，２５ シャフト
５，４４ バネ
６，１１，１３ 試薬容器
７ 蓋
８ 試薬
９ 分注ロボット
１０ 分注ノズル
１２ 試薬混合容器
１４ 温度調節試薬ラック
１５ 試薬注入口
１６ 光学ベース
１７ ＣＣＤカメラユニット
１８ 標本試料プレート
１９ 温度調節ホルダ
２０ 搬送ステージ
２１ Ｚ軸駆動ユニット
２２ Ｚ軸駆動ベース
４１ シャフト固定部材
４２ 回転部
４３ シャフト押圧部材
４５ 筐体
４６ ねじりバネ
４８ 重り

Claims (5)

1. 液体を吸引および吐出する分注ノズルと、
   前記分注ノズルが固定され、垂直方向へ駆動する駆動ベースと、
   分注ノズルよりも下方に突出しており容器の蓋を押し開く突起部を先端に有し、駆動ベース内を貫通するシャフトと、
   先端に回転部を備えたシャフト押圧部材と、
   シャフト押圧部材を水平方向にシャフトに対して押し付ける第１のバネと、
   シャフト押圧部材及び第１のバネを保持する筐体と、
   筐体を下方へ押し付ける第２のバネと、を備え、
   シャフトは径が他の箇所よりも大きくなっている箇所を有し、
   シャフト押圧部材は、シャフトの径が大きい箇所へ荷重を加えており、
   駆動ベースが垂直方向へ駆動し、突起部が容器の淵に接触して止まり、さらに駆動ベースが垂直方向へ駆動することにより、第２のバネが所定のたわみ量を超えたらシャフト押圧部材がシャフトの径が大きくなっている箇所を乗り越え、シャフト押圧部材からシャフトへの荷重が解除され、分注ノズルが突起部を有するシャフトとは独立して垂直方向へ駆動し、
   シャフト押圧部材からシャフトへの荷重が解除されるまでは、駆動ベースと突起部を有するシャフトとが一体となって垂直方向へ駆動することを特徴とする分注装置。
2. 第２のバネは、ねじりバネであることを特徴とする請求項１に記載の分注装置。
3. シャフトの上端側には重りが備えられていることを特徴とする請求項１に記載の分注装置。
4. 分注ノズルの先端には、液面検知機能が備わっていることを特徴とする請求項１に記載の分注装置。
5. 請求項１に記載の分注装置と、
   試薬およびサンプルを流す流路を有するフローセルと、
   フローセルへ励起光を照射する光源と、
   フローセル上の蛍光を観察する撮像部と、を備えた、核酸分析装置。

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