JP5402534B2 - Liquid dispensing device - Google Patents

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Description

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液体分注装置に関する。   The present invention relates to a liquid dispensing apparatus for dispensing a sample or a reagent in an analyzer used in fields such as chemistry, industry, clinical practice, and biotechnology.

有機化学や生化学、医療等の分野で用いられる種々の分析装置には、所定量の液状の試料や試薬をマイクロプレートのウェルやサンプルプレート等の容器に自動で分注する液体分注装置を備えたものがある。
例えば、特許文献1には、分注素子の吐出部につながる空間をピエゾ素子からなる駆動部によって押圧することにより当該空間に充填された試料等を吐出部から吐出する液体分注装置が記載されている。このようなピエゾ素子の駆動により液体を分注する分注素子を備えた液体分注装置では、ピエゾ素子への印加電圧の大きさや印加時間、印加電圧の立ち上がり時間や立ち下がり時間等をパラメータとする制御信号により、吐出部から吐出される液滴量が調整される。
ところが、同一のパラメータであっても、分注する液体の表面張力や粘性等の物性、温度等の環境条件によって吐出される液滴の容積は変化する。分注量は液滴数によって管理されるため、液滴容積の変化は定量的な分注を困難にする。
Various analyzers used in the fields of organic chemistry, biochemistry, medicine, etc. have liquid dispensing devices that automatically dispense a predetermined amount of a liquid sample or reagent into a well such as a microplate well or sample plate. There is something to prepare.
For example, Patent Document 1 describes a liquid dispensing apparatus that discharges a sample or the like filled in a space from the ejection unit by pressing a space connected to the ejection unit of the dispensing element with a driving unit made of a piezo element. ing. In a liquid dispensing apparatus having a dispensing element that dispenses liquid by driving such a piezo element, the magnitude and application time of the applied voltage to the piezo element, the rise time and fall time of the applied voltage, and the like are parameters. The amount of liquid droplets ejected from the ejection unit is adjusted by the control signal.
However, even if the parameters are the same, the volume of the ejected droplets changes depending on the physical properties such as surface tension and viscosity of the liquid to be dispensed, and environmental conditions such as temperature. Since the dispense volume is controlled by the number of droplets, changes in the droplet volume make quantitative dispensing difficult.

特許文献2には、撥水性の基材の表面に例えば1000滴の液滴を吐出し、基材上に溜まった液滴1000滴分の容積から1滴の液滴容積を求める液体分注装置が記載されている。この液体分注装置では、基材上に溜まった1000滴分の液滴の画像をCCDカメラで取り込み、その画像から1000滴分の液滴を球としてその球の半径を求める。求めた半径より球の体積を求めて1滴分の液滴容積を算出している。
この場合、上記液体分注装置では、表面張力が大きく基材上で球状に成り易い液体(水など)を標準サンプルとして液滴の容積を求めている。
Patent Document 2 discloses a liquid dispensing device that discharges, for example, 1000 droplets onto the surface of a water-repellent substrate and obtains a droplet volume from the volume of 1000 droplets accumulated on the substrate. Is described. In this liquid dispensing apparatus, an image of 1000 droplets accumulated on a substrate is captured by a CCD camera, and the radius of the sphere is obtained from the image by using 1000 droplets as a sphere. The volume of the sphere is obtained from the obtained radius, and the droplet volume for one drop is calculated.
In this case, in the liquid dispensing apparatus, the volume of the droplet is obtained using a liquid (such as water) that has a large surface tension and tends to be spherical on the base material as a standard sample.

特開2005-283123号公報([0026])JP 2005-283123 A ([0026]) 特開2005-49267号公報([0013]〜[0015],図3)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-49267 ([0013] to [0015], FIG. 3)

ところが、バイオ技術等の分野で用いられる試薬には塩類や有機溶媒が多く含まれており、撥水性の基材に馴染んで広がり易いため液滴が球状に成り難い場合がある。この場合、分注のための駆動パラメータが同一条件であっても、標準サンプルを用いて求めた液滴容積と実際に分注する試薬等の液滴容積とに乖離がみられ、正確な分注量を算出することができない虞がある。
本発明が解決しようとする課題は、液体の物性に関係なくより正確な液滴の容積を求めることができる液体分注装置及び液体分注方法を提供することである。
However, reagents used in the fields of biotechnology and the like contain a large amount of salts and organic solvents, and are easy to spread and become familiar with a water-repellent substrate. In this case, even if the driving parameters for dispensing are the same, there is a discrepancy between the droplet volume obtained using the standard sample and the droplet volume of the reagent or the like actually dispensed. There is a possibility that the injection amount cannot be calculated.
The problem to be solved by the present invention is to provide a liquid dispensing apparatus and a liquid dispensing method capable of obtaining a more accurate droplet volume regardless of the physical properties of the liquid.

上記課題を解決するために成された本発明に係る液体分注装置は、
a) 先端から液滴を吐出する吐出部及び前記吐出部からの液滴の吐出を駆動する吐出駆動部を備えた吐出ユニットと、
b) 前記吐出駆動部の駆動パラメータの制御、及び、吐出された液滴数を記録する駆動制御部と、
c) 前記吐出ユニットから吐出された液滴が貯留される、底部から所定の高さ位置までの容量を当該所定の高さ位置における水平断面に関する情報を変数とする式で表すことができる定量用液体収容部と、
d)所定数の液滴が前記定量用液体収容部に貯留されたときの当該定量用液体収容部の液面画像を読み取る画像読取装置と、
e)前記画像読取装置が読み取った液面画像に基づいて前記定量用液体収容部の該液面の高さ位置における水平断面に関する情報を求め、この水平断面情報と前記式から前記定量用液体収容部に貯留された所定数の液滴の全量を算出し、該液滴全量を液滴数で除することにより一滴当たりの液滴容積を算出し、算出された一滴当たりの液滴容に基づいて液体を所定量分注するために必要な液滴数を算出する演算部とを備え、
前記駆動制御部は前記算出された液滴数を吐出するように前記吐出駆動部の駆動パラメータを調節することを特徴とする。
The liquid dispensing apparatus according to the present invention, which has been made to solve the above problems,
a) a discharge unit that includes a discharge unit that discharges droplets from the tip and a discharge drive unit that drives discharge of droplets from the discharge unit;
b) control of the drive parameters of the ejection drive unit, and a drive control unit for recording the number of ejected droplets;
c) For quantitative determination, the volume from the bottom to a predetermined height position where the liquid droplets discharged from the discharge unit are stored can be expressed by an equation using information on the horizontal section at the predetermined height position as a variable. A liquid container;
d) an image reading device that reads a liquid level image of the liquid container for quantification when a predetermined number of droplets are stored in the liquid container for quantification;
e) based on the image reading apparatus has read the liquid level image, obtains information about the horizontal section at the height position of the liquid surface of the quantitative liquid storage portion, the quantitative liquid this horizontal section information from the equation calculating a total amount of a predetermined number of droplets stored in the accommodating portion, the liquid Shizukuyo product per drop to calculate the droplet volume per drop, which is calculated by dividing the droplets total volume number of droplets And a calculation unit that calculates the number of droplets necessary for dispensing a predetermined amount of liquid based on
The drive control unit adjusts a drive parameter of the ejection drive unit so as to eject the calculated number of droplets.

又、本発明に係る液体分注方法は、先端から液滴を吐出する吐出部及び前記吐出部からの液滴の吐出を駆動する吐出駆動部を備えた吐出ユニットの前記吐出駆動部の駆動パラメータを制御することにより、予め設定された容量の液体試料を分注する液体分注方法であって、
a)底部から所定の高さ位置までの容量を、当該所定の高さ位置における水平断面に関する情報を変数とする式で表すことができる定量用液体収容部に、前記吐出ユニットから液滴を吐出するステップと、
b)前記定量用液体収容部に貯留された液滴が所定数に達したときの前記定量用液体収容部の液面画像を読み取るステップと、
c)読み取った液面画像に基づいて前記定量用液体収容部の該液面の高さ位置における水平断面に関する情報を求め、この水平断面情報と前記式から前記定量用液体収容部に貯留された所定数の液滴の全量を算出し、該液滴全量を液滴数で除することにより一滴当たりの液滴容積を算出するステップと、
d)算出された一滴当たりの液滴容積に基づいて液体を所定量分注するために必要な液滴数を算出するステップと、
e)前記算出された液滴数を吐出するように前記吐出駆動部の駆動パラメータを調節するステップとを備えることを特徴とする。
In addition, the liquid dispensing method according to the present invention is a driving parameter of the discharge driving unit of a discharge unit including a discharge unit that discharges droplets from the tip and a discharge drive unit that drives discharge of droplets from the discharge unit. A liquid dispensing method for dispensing a preset volume of a liquid sample by controlling
a) Discharge droplets from the discharge unit to the liquid container for quantification, which can express the volume from the bottom to a predetermined height position by using the information about the horizontal section at the predetermined height position as a variable. And steps to
b) reading a liquid surface image of the liquid container for quantification when a predetermined number of droplets stored in the liquid container for quantification has reached a predetermined number;
c) based on the read liquid surface image for information about the horizontal section at the height position of the liquid surface of the quantitative liquid container, stored this horizontal section information from the formula to the quantitative liquid containing portion Calculating the total amount of a predetermined number of droplets and dividing the total amount of droplets by the number of droplets to calculate the droplet volume per droplet;
d) calculating the number of droplets required to dispense a predetermined amount of liquid based on the calculated droplet volume per droplet;
e) adjusting a driving parameter of the discharge driving unit so as to discharge the calculated number of droplets.

ここで、「水平断面に関する情報」とは、前記定量用液体収容部の所定高さ位置における水平断面形状が円形であるときは、半径や直径、面積であり、水平断面形状が多角形であるときは、一辺の長さや面積である。「液面情報」は「水平断面に関する情報」に対応する情報であり、半径や直径、一辺の長さ寸法、面積である。   Here, the “information about the horizontal cross section” refers to a radius, a diameter, and an area when the horizontal cross section at a predetermined height position of the liquid container for determination is circular, and the horizontal cross section is a polygon. When is the length or area of one side. “Liquid surface information” is information corresponding to “information about a horizontal section” and includes a radius, a diameter, a length dimension of one side, and an area.

本発明によれば、実際に分注される液体試料を用いて一滴当たりの液滴容量を求め、その求めた液滴容量に基づき、前記液体試料の分注量が設定容量になるように吐出ユニットの吐出駆動部の駆動を制御するようにしたため、分注動作の定量性が向上する。また、定量用液体収容部を、底部から所定の高さ位置までの容量を、当該所定の高さ位置における水平断面に関する情報を変数とする式で表すことができる構成にし、前記定量用液体収容部に所定数の液滴を貯留したときの液面画像から一滴当たりの液滴容量を求めるようにしたので、撥水性の基材上で球形成が困難な種々の液体試料についても一滴当たりの液滴容量を容易に且つ正確に求めることができる。従って、液体試料の物性に関係なく正確な分注動作を行うことができる。   According to the present invention, the droplet volume per droplet is obtained using the liquid sample to be actually dispensed, and the liquid sample is discharged so that the dispensed volume of the liquid sample becomes the set volume based on the obtained droplet volume. Since the driving of the discharge driving unit of the unit is controlled, the quantitativeness of the dispensing operation is improved. Further, the quantitative liquid storage unit is configured so that the capacity from the bottom to a predetermined height position can be expressed by an expression having information on the horizontal cross section at the predetermined height position as a variable, and the quantitative liquid storage unit Since the droplet volume per droplet was obtained from the liquid level image when a predetermined number of droplets were stored in the part, various liquid samples that were difficult to form spheres on a water-repellent substrate were also collected per droplet. The droplet volume can be determined easily and accurately. Therefore, an accurate dispensing operation can be performed regardless of the physical properties of the liquid sample.

この場合、前記定量用液体収容部が、下部から上部に向かって水平断面積が徐々に大きくなるように構成されていると、当該定量用液体収容部に所定数の液滴が貯留されたときの液面画像を正確に読み取ることができる。   In this case, when the liquid container for quantification is configured so that the horizontal cross-sectional area gradually increases from the lower part to the upper part, when a predetermined number of droplets are stored in the liquid container for quantification The liquid level image can be accurately read.

本発明の一実施例に係る液体分注装置の概略図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Schematic of the liquid dispensing apparatus which concerns on one Example of this invention. 分注素子の概略的な縦断面図。The schematic longitudinal cross-sectional view of a dispensing element. テスト領域を機能ブロックと共に示す図。The figure which shows a test area | region with a functional block. 凹部に貯留された液体の液面画像から液体容量を算出する方法を説明するための図。The figure for demonstrating the method to calculate a liquid volume from the liquid level image of the liquid stored by the recessed part. 分注液滴定量動作を示すフローチャート。The flowchart which shows dispensing droplet fixed_quantity | quantitative_assay operation | movement. 他の分注液滴定量動作の例を説明するための図。The figure for demonstrating the example of other dispensing droplet fixed_quantity | quantitative_assay operation | movement. 定量用液体収容部の他の例を示す図。The figure which shows the other example of the liquid container for fixed_quantity | quantitative_assay. 定量用液体収容部の別の例を示す図。The figure which shows another example of the liquid storage part for fixed_quantity | quantitative_assay.

図1は本実施例に係る液体分注装置を概略的に示したものである。この液体分注装置10は、本体10aおよび蓋10bから成るケース内に、テーブル12、吐出ユニットであるプリントヘッド14、CCDカメラ16およびスキャナ18を収容した構成となっている。   FIG. 1 schematically shows a liquid dispensing apparatus according to this embodiment. The liquid dispensing apparatus 10 has a configuration in which a table 12, a print head 14 as a discharge unit, a CCD camera 16 and a scanner 18 are accommodated in a case made up of a main body 10a and a lid 10b.

プリントヘッド14の下面部には、試薬などを分注するための4個の分注素子20が一列に並べられて固定されている。図2に示すように、前記分注素子20は、先端の吐出部22と液溜め24とを繋ぐキャピラリー26を取り囲むようにピエゾ素子28が配置されており、前記ピエゾ素子28の駆動によりキャピラリー26が押されて吐出部22から液滴Lが吐出する。前記ピエゾ素子28が本発明の吐出駆動部となる。分注素子20は、吐出部22のノズル径が例えば55μmと非常に小さいことから、1滴当たりの容積が87pl(ピコリットル)といったピコリットルオーダーの液滴を吐出することができる。液溜め24に収容され分注対象となる液体試料は分析対象の試料や分析に用いられる試薬などであり、DNA、RNAなどの核酸、酵素、抗原、抗体などタンパク質、化学試薬などを含む液体試料などが挙げられる。   Four dispensing elements 20 for dispensing reagents and the like are arranged and fixed in a line on the lower surface of the print head 14. As shown in FIG. 2, in the dispensing element 20, a piezo element 28 is disposed so as to surround a capillary 26 that connects a discharge portion 22 and a liquid reservoir 24 at the tip, and the capillary 26 is driven by driving the piezo element 28. Is pushed, and the droplet L is ejected from the ejection part 22. The piezo element 28 serves as an ejection driving unit of the present invention. Since the nozzle diameter of the discharge unit 22 is very small, for example, 55 μm, the dispensing element 20 can discharge droplets in the picoliter order such that the volume per droplet is 87 pl (picoliter). The liquid sample accommodated in the liquid reservoir 24 is a sample to be analyzed or a reagent used for the analysis, and includes a nucleic acid such as DNA or RNA, an enzyme, an antigen, a protein such as an antibody, a chemical reagent, or the like. Etc.

テーブル12の上には例えば2枚のサンプルプレート34が載置されるようになっている。テーブル12は水平面内をXY方向(図1に矢印X,Yで示す方向)に移動できる可動テーブルであり、分注時には、指定された分注素子20の下方部にサンプルプレート34を位置決めし、画像取り込み時には、テーブル12上の撮像すべき部分をスキャナ18の下方部に位置決めする。   For example, two sample plates 34 are placed on the table 12. The table 12 is a movable table that can move in the XY direction (directions indicated by arrows X and Y in FIG. 1) in a horizontal plane. At the time of dispensing, the sample plate 34 is positioned below the designated dispensing element 20, At the time of image capture, the part to be imaged on the table 12 is positioned below the scanner 18.

サンプルプレート34は例えば上面にメンブレン341が貼り付けられる平板から成る。メンブレン341には、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が固相化されている。サンプルプレート34としては、1つまたは複数の試料切片を貼り付けたスライドガラスとしてもよい。   The sample plate 34 is formed of a flat plate on which a membrane 341 is attached to the upper surface, for example. The membrane 341 contains, for example, molecules such as proteins, peptides, sugars, lipids, nucleic acids, and the like, which are separated and developed in one-dimensional direction by SDS (sodium dodecyl sulfate) polyacrylamide gel electrophoresis or other chromatography, or a mixture thereof. It has become. The sample plate 34 may be a slide glass on which one or a plurality of sample sections are attached.

また、テーブル12上には、定量用分注作業を行うための定量分注領域36、分注素子20のメインテナンス領域38が設けられている。定量用分注作業は、サンプルプレート34に試薬又は試料液を分注する作業を開始する前に行われるもので、分注素子20の吐出部22から吐出される液滴1滴当たりの容積を求める作業である。定量分注領域36及び定量用分注作業については後述する。   On the table 12, a quantitative dispensing area 36 for performing quantitative dispensing work and a maintenance area 38 for the dispensing element 20 are provided. The dispensing operation for quantification is performed before the operation of dispensing the reagent or sample liquid to the sample plate 34 is started, and the volume per droplet discharged from the discharge unit 22 of the dispensing element 20 is determined. It is a work to seek. The quantitative dispensing area 36 and the quantitative dispensing work will be described later.

メインテナンス領域38には例えばスポンジが設けられており、分注素子20の先端に液や汚れが付着した場合に前記メインテナンス領域38が分注素子20の下に移動され、前記スポンジによって分注素子20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。
なお、図示しないが、テーブル12の表面にはテーブル12上に配置されるサンプルプレート34の位置の基準となるベースポイントとしてのマークが設けられている。マークは、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、スキャナ18で取得した画像上の位置とテーブル12の動きとを合わせる基準となるものである。
For example, a sponge is provided in the maintenance region 38. When liquid or dirt adheres to the tip of the dispensing element 20, the maintenance region 38 is moved under the dispensing element 20, and the dispensing element 20 is moved by the sponge. The liquid and dirt on the tip of the can be wiped off.
Although not shown, a mark as a base point serving as a reference for the position of the sample plate 34 disposed on the table 12 is provided on the surface of the table 12. The mark serves as a reference when taking out the dispensing position as information, and serves as a reference for matching the position on the image acquired by the scanner 18 with the movement of the table 12.

CCDカメラ16は、分注素子20から試薬等を分注するときに該分注素子20の先端部の画像を取り込み、分注の様子をモニタするためのもので、本体10a内の左端部に配置されている。CCDカメラ16は、サンプルプレート34や定量分注領域36に対していずれの分注素子20が分注動作を行う場合でもその分注素子20の先端部の画像を取り込むことができるように構成されている。   The CCD camera 16 is for capturing an image of the tip of the dispensing element 20 when dispensing a reagent or the like from the dispensing element 20 and monitoring the state of dispensing, and is provided at the left end in the main body 10a. Has been placed. The CCD camera 16 is configured to capture an image of the tip of the dispensing element 20 regardless of which dispensing element 20 performs a dispensing operation on the sample plate 34 or the quantitative dispensing region 36. ing.

次に、定量分注領域36及び定量用分注作業について図3〜図5を参照して説明する。図3はテーブル12上の定量分注領域36等を機能ブロックと共に表したものである。定量分注領域36には下部から上部に向かって水平断面が徐々に大きくなる例えば円錐状の凹部40aを備えたウェル40が設けられている。前記CCDカメラ16は、分注素子20の先端部の画像の他、凹部40aの上面の画像をも取り込むことができるように構成されている。CCDカメラ16が取り込んだ画像は画像処理装置41に入力される。画像処理装置41は、画像記憶部43と画像処理部45を備えている。画像処理部45には画像表示部47が接続されている。分注素子20から凹部40aに吐出された液滴数が所定数に達したことが駆動制御部49から画像処理装置41に伝達されると、画像記憶部43はCCDカメラ16が取り込んだ画像を記憶する。画像記憶部43に記憶されている画像は画像処理部45にて二値化や輪郭抽出などの画像処理が施され、凹部40a内に貯留された液体の液面の半径が求められる。尚、画像処理部45では直径を求めるようにしても良い。   Next, the quantitative dispensing region 36 and the quantitative dispensing work will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows the quantitative dispensing area 36 and the like on the table 12 together with functional blocks. The fixed dispensing region 36 is provided with a well 40 having, for example, a conical recess 40a whose horizontal cross section gradually increases from the lower part toward the upper part. The CCD camera 16 is configured to capture an image of the top surface of the recess 40a in addition to an image of the tip of the dispensing element 20. The image captured by the CCD camera 16 is input to the image processing device 41. The image processing device 41 includes an image storage unit 43 and an image processing unit 45. An image display unit 47 is connected to the image processing unit 45. When the drive control unit 49 notifies the image processing device 41 that the number of droplets discharged from the dispensing element 20 into the recess 40a has reached a predetermined number, the image storage unit 43 displays the image captured by the CCD camera 16. Remember. The image stored in the image storage unit 43 is subjected to image processing such as binarization and contour extraction in the image processing unit 45, and the radius of the liquid level of the liquid stored in the recess 40a is obtained. The image processing unit 45 may obtain the diameter.

図4に、凹部40aの拡大図を示す。凹部40aは、上部開口面の半径がR、凹部40aの底部から上部開口面までの高さがHである円錐状の容器である。これらR、Hの値は予め求められている。
今、凹部40aに貯留された液体の上面(液面)の半径をrとすると、その時点での凹部40aの底面から液面までの高さhは、次の式(1)で表される。
=r/R ×H ・・・・(1)
よって、その時点での底部から液面までの容積V1は次の式(2)で表される。
=πr /3=πr /R ×H /3 ・・・(2)
このように、CCDカメラ16で取り込んだ液面の画像から半径rが求められれば、凹部40a内に貯留された液体の容積を算出することができる。液面の半径rと凹部40a内に貯留された液滴の容積Vとの関係を表す式(2)は演算部51に予め記憶されている。
FIG. 4 shows an enlarged view of the recess 40a. The recess 40a is a conical container in which the radius of the upper opening surface is R 0 and the height from the bottom of the recess 40a to the upper opening surface is H 0 . The values of R 0 and H 0 are obtained in advance.
Table Now, when the radius of the upper surface of the liquid stored in the recess 40a (liquid surface) and r 1, height h 1 from the bottom surface of the recess 40a at that time to the liquid surface is the following equation (1) Is done.
h 1 = r 1 / R 0 × H 0 ... (1)
Therefore, the volume V1 from the bottom to the liquid level at that time is expressed by the following equation (2).
V 1 = πr 1 2 h 1 /3 = πr 1 3 / R 0 × H 0/3 ··· (2)
In this way, if the radius r 1 is obtained from the liquid level image captured by the CCD camera 16, the volume of the liquid stored in the recess 40a can be calculated. Expression (2) representing the relationship between the radius r 1 of the liquid level and the volume V 1 of the droplet stored in the recess 40 a is stored in advance in the calculation unit 51.

駆動制御部49は、分注素子20が吐出した液滴数が予め設定された所定値に達すると、画像処理部45から液面の半径rを読み込み、液滴数及び半径rを演算部51に出力する。演算部51は、液面の半径から凹部40a内の液体の容積を求め、この容積と液滴数とから1滴当たりの液滴容積を算出し、さらに、所定量の液体を分注するために必要な液滴数を算出する。本実施例では凹部40aが定量用液体収容部となる。「所定量」とは、サンプルプレート34に対する液体試料の分注量であり、作業者によって予め設定される。 When the number of droplets ejected by the dispensing element 20 reaches a predetermined value, the drive control unit 49 reads the liquid surface radius r 1 from the image processing unit 45 and calculates the number of droplets and the radius r 1 . To the unit 51. The calculation unit 51 obtains the volume of the liquid in the recess 40a from the radius of the liquid surface, calculates the droplet volume per droplet from this volume and the number of droplets, and further dispenses a predetermined amount of liquid. The number of droplets necessary for the calculation is calculated. In the present embodiment, the recess 40a serves as a liquid container for determination. The “predetermined amount” is the amount of liquid sample dispensed to the sample plate 34 and is set in advance by the operator.

このように所定量の液体を分注するために必要な液滴数が演算部51によって算出されると、駆動制御部49はピエゾ素子28への印加電圧の大きさや印加時間、印加電圧の立ち上がり時間・立ち下がり時間の全て又はこれらのうちの少なくとも1つを含む駆動パラメータを調節することによりピエゾ素子28の駆動を制御する。これにより、分注素子20の吐出部22から液滴が吐出される。   When the number of droplets necessary to dispense a predetermined amount of liquid is calculated by the calculation unit 51 in this way, the drive control unit 49 determines the magnitude of application voltage to the piezo element 28, the application time, and the rise of the application voltage. The drive of the piezo element 28 is controlled by adjusting drive parameters including all of the time / fall time or at least one of them. Thereby, a droplet is discharged from the discharge part 22 of the dispensing element 20.

図5は分注動作処理を示すフローチャートである。本実施例では、サンプルプレート34への液体試料の分注作業(以下、「分析用分注作業」という)に先立ち定量用分注作業が行われる。まず、駆動パラメータが設定されると(S1)、この駆動パラメータに従って駆動制御部49はピエゾ素子28の駆動を制御し、定量用分注作業を実行する(S2)。そして、凹部40aに吐出された液滴の数が所定値に達すると、駆動制御部49は画像記憶部43に記憶されているウェル40内に貯留された液体の液面L画像を取り込み(S3)、画像処理により液面LPの半径rを求める(S4)。演算部51は、予め記憶する演算式を用い、液面の半径rからウェル40内に貯留された液体の容量を求め(S5)、この液体容量と液滴数とから1滴当たりの液滴容積を算出する(S6)。次いで、サンプルプレート34に分注する液体試料の量(以下「分注液量」)を設定し(S7)、この分注液量と液滴容積とから、当該分注液量の液体を分注するために必要な液滴数を算出する(S8)。   FIG. 5 is a flowchart showing the dispensing operation process. In this embodiment, the dispensing work for quantitative determination is performed prior to the dispensing work of the liquid sample onto the sample plate 34 (hereinafter referred to as “analysis dispensing work”). First, when a drive parameter is set (S1), the drive controller 49 controls the drive of the piezo element 28 according to this drive parameter, and executes a quantitative dispensing operation (S2). When the number of droplets discharged to the recess 40a reaches a predetermined value, the drive control unit 49 takes in the liquid level L image stored in the well 40 stored in the image storage unit 43 (S3). ) The radius r of the liquid level LP is obtained by image processing (S4). The calculation unit 51 uses a calculation formula stored in advance to obtain the volume of the liquid stored in the well 40 from the radius r of the liquid surface (S5), and droplets per droplet are calculated from the liquid volume and the number of droplets. The volume is calculated (S6). Next, an amount of liquid sample to be dispensed to the sample plate 34 (hereinafter referred to as “dispensed liquid amount”) is set (S7), and the liquid of the dispensed liquid amount is dispensed from the dispensed liquid volume and the droplet volume. The number of droplets necessary for pouring is calculated (S8).

続いて、駆動制御部49は、S1にて設定された駆動パラメータ及びS7にて算出された液滴数に従い、サンプルプレート34に対して分析用分注作業を実行する(S9)。また、連続して複数回の分析用分注作業が行われる場合は(S10にてNo)、各分析用分注作業の前に分注液量が設定され、該分注液量と1滴当たりの液滴容積から液滴数が算出される。   Subsequently, the drive control unit 49 performs an analysis dispensing operation on the sample plate 34 according to the drive parameters set in S1 and the number of droplets calculated in S7 (S9). In addition, when a plurality of analytical dispensing operations are continuously performed (No in S10), a dispensing liquid amount is set before each analytical dispensing operation, and the dispensing liquid amount and one drop are set. The number of droplets is calculated from the per droplet volume.

なお、CCDカメラ16による液面画像の取り込み回数を2回にし、第1撮像時点の液面半径と、第2撮像時点の液面半径とから1滴当たりの液滴容量を求めるようにしても良い。具体的には、図6に示すように、第1撮像時点の液面の直径を2r、高さをhとし、第2撮像時点の液面の直径を2R、高さをHとすると、第1撮像時点から第2撮像時点までにウェル40に吐出された液滴の総容量Vは次の式で与えられる。
V=πRH/3−πrh/3
It should be noted that the number of times the liquid level image is captured by the CCD camera 16 is set to twice, and the liquid droplet volume per droplet is obtained from the liquid surface radius at the first imaging time point and the liquid surface radius at the second imaging time point. good. Specifically, as shown in FIG. 6, if the liquid surface diameter at the first imaging time is 2r, the height is h, the liquid surface diameter at the second imaging time is 2R, and the height is H, The total volume V of the droplets discharged to the well 40 from the first imaging time point to the second imaging time point is given by the following equation.
V = πR 2 H / 3−πr 2 h / 3

上述したように、ウェル40の凹部40aの底部から液面までの高さは液面半径の関数で表されるため、液面半径が求められれば、第1撮像時点から第2撮像時点までにウェル40に吐出された液滴の総容量Vを求めることができる。   As described above, since the height from the bottom of the recess 40a of the well 40 to the liquid level is expressed as a function of the liquid level radius, if the liquid level radius is obtained, the first imaging time point to the second imaging time point are obtained. The total volume V of the droplets discharged to the well 40 can be obtained.

また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような変形が可能である。
定量用液体収容部は角錐状の他、図7に示すような形状でも良い。図7に示す定量用液体収容部は、底面が長さdとWの辺からなる長方形であり、上部開口面が長さdとWの辺からなる長方形で、底面から上部開口面までの高さがHの容器である。すなわち、図7に示されるように、対向する一対の台形の側面を有する。これら、d、H、Wa、の値は予め求められている。
分注開始後、第1撮像時点での液面について、液面を形成する長方形の辺のうち、前記台形側面と接する1辺をWとすると、第1撮像時点での容器の底面から液面までの高さhは、(3)式で表される。
=(w−w)/(w−w)×H ・・・・(3)
分注開始後、第1撮像時点での、底面から液面までの容積は(4)式で表される。
=(w+w)×h/2 × d
=(w+w)×(w−w)/(w−w)×H/2×d ・・・(4)
これより、CCDカメラ16で取り込んだ液面の画像から液面の1辺の長さwが求められれば、液滴容量を算出することができる。
Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, the following modifications are possible.
In addition to the pyramid shape, the liquid container for determination may have a shape as shown in FIG. The fixed-quantity liquid container shown in FIG. 7 is a rectangle whose bottom surface is composed of sides of length d 0 and W a , and whose upper opening surface is a rectangle composed of sides of length d 0 and W b. This is a container having a height of up to H 0 . That is, as shown in FIG. 7, it has a pair of opposite trapezoidal side surfaces. These values of d 0 , H 0 , W a and W b are obtained in advance.
After the start of dispensing, with respect to the liquid level at the time of first imaging, if one side in contact with the trapezoidal side surface is W 1 among the rectangular sides forming the liquid level, the liquid level starts from the bottom of the container at the time of first imaging. The height h 1 up to the surface is expressed by equation (3).
h 1 = (w 1 -w a ) / (w b -w a) × H 0 ···· (3)
The volume from the bottom surface to the liquid surface at the time of the first imaging after the start of dispensing is expressed by equation (4).
V 1 = (w a + w 1) × h 1/2 × d 0
= (W a + w 1) × (w 1 -w a) / (w b -w a) × H 0/2 × d 0 ··· (4)
Accordingly, if the length w 1 of one side of the liquid level is obtained from the image of the liquid level captured by the CCD camera 16, the droplet volume can be calculated.

図8は定量用液体収容部の別の変形例を示す。図8に示す定量用液体収容部は、円錐形と円筒形を組み合わせた形状を有しており、底部から高さhまでの水平断面積は一定であるが、高さがhを超えると水平断面積は徐々に増加する。この場合は、所定数の液滴が貯留されたときの定量用液体収容部の液面の高さhが高さhよりも大きくなるように設定する。そうすれば、容器内に貯留された液滴の容量は液面面積を変数とする式で表すことができるため、撮像された液面画像から容器内に貯留された液滴の容量を求めることができ、その結果、液滴一滴当たりの容量を求めることができる。 FIG. 8 shows another modification of the liquid container for quantitative determination. The liquid container for quantitative determination shown in FIG. 8 has a combination of a conical shape and a cylindrical shape, and the horizontal cross-sectional area from the bottom to the height h 0 is constant, but the height exceeds h 0 . And the horizontal cross section gradually increases. In this case, set such that the height h of the liquid level of the quantitative liquid accommodating portion when a predetermined number of droplets stored is greater than the height h 0. Then, since the volume of the liquid droplet stored in the container can be expressed by an expression having the liquid surface area as a variable, the volume of the liquid droplet stored in the container is obtained from the captured liquid surface image. As a result, the volume per droplet can be determined.

定量用液体収容部内に貯留された液体容積を求める式は、CCDカメラが取り込んだ液面画像の画像処理を施して求められる情報、例えば液面が円形状であるときは直径や半径、液面が多角形状であるときは一辺の長さ寸法を変数とする式で表すことができる。また、ほか、液面の面積を変数とする式で表すこともできる。   The formula for obtaining the volume of liquid stored in the liquid container for determination is information obtained by performing image processing of the liquid level image captured by the CCD camera, for example, when the liquid level is circular, the diameter, radius, liquid level Is a polygonal shape, it can be expressed by an expression having the length dimension of one side as a variable. In addition, it can also be expressed by a formula having the liquid surface area as a variable.

分注素子は、シリンジポンプを駆動源とするものでも良い。この場合の制御信号は、シリンジポンプのプランジャのストローク、速度、加速度のうちの少なくとも一つを含んだ駆動パラメータとすることができる。CCDカメラとしては、図1では分注素子20の先端部の画像の他、凹部40aの上面の画像をも取り込むことができるような構成としたが、少なくとも凹部40aの上面の画像を取り込むことができればよい。   The dispensing element may use a syringe pump as a drive source. The control signal in this case can be a drive parameter including at least one of the stroke, speed, and acceleration of the plunger of the syringe pump. In FIG. 1, the CCD camera is configured to be able to capture not only the image of the tip of the dispensing element 20 but also the image of the upper surface of the recess 40a. However, at least the image of the upper surface of the recess 40a can be captured. I can do it.

10・・・液体分注装置
12・・・テーブル
14・・・プリントヘッド
16・・・CCDカメラ(画像読取装置)
18・・・スキャナ
20・・・分注素子
22・・・吐出部
28・・・ピエゾ素子
34・・・サンプルプレート
36・・・定量分注領域
40・・・ウェル
41・・・画像処理装置
43・・・画像記憶部
45・・・画像処理部
47・・・画像表示部
49・・・駆動制御部
51・・・演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Liquid dispensing apparatus 12 ... Table 14 ... Print head 16 ... CCD camera (image reading apparatus)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 18 ... Scanner 20 ... Dispensing element 22 ... Discharge part 28 ... Piezo element 34 ... Sample plate 36 ... Fixed quantity dispensing area 40 ... Well 41 ... Image processing apparatus 43 ... Image storage unit 45 ... Image processing unit 47 ... Image display unit 49 ... Drive control unit 51 ... Calculation unit

Claims (4)

a)先端から液滴を吐出する吐出部及び前記吐出部からの液滴の吐出を駆動する吐出駆動部を備えた吐出ユニットと、
b)前記吐出駆動部の駆動パラメータの制御、及び、吐出された液滴数を記録する駆動制御部と、
c)前記吐出ユニットから吐出された液滴が貯留される、底部から所定の高さ位置までの容量を当該所定の高さ位置における水平断面に関する情報を変数とする式で表すことができる定量用液体収容部と、
d)所定数の液滴が前記定量用液体収容部に貯留されたときの当該定量用液体収容部の液面画像を読み取る画像読取装置と、
e)前記画像読取装置が読み取った液面画像に基づいて、前記定量用液体収容部の該液面の高さ位置における水平断面に関する情報を求め、この水平断面情報と前記式から前記定量用液体収容部に貯留された所定数の液滴の全量を算出し、該液滴全量を液滴数で除することにより一滴当たりの液滴容積を算出し、算出された一滴当たりの液滴容に基づいて液体を所定量分注するために必要な液滴数を算出する演算部と
を備え、
前記駆動制御部は前記算出された液滴数を吐出するように前記吐出駆動部の駆動パラメータを調節する液体分注装置。
a) a discharge unit that includes a discharge unit that discharges droplets from the tip and a discharge drive unit that drives discharge of droplets from the discharge unit;
b) control of the drive parameters of the ejection drive unit, and a drive control unit for recording the number of ejected droplets;
c) The volume from the bottom to the predetermined height position where the liquid droplets discharged from the discharge unit are stored can be expressed by an expression using information on the horizontal section at the predetermined height position as a variable. A liquid container;
d) an image reading device that reads a liquid level image of the liquid container for quantification when a predetermined number of droplets are stored in the liquid container for quantification;
e) Based on the liquid level image read by the image reading device, information on a horizontal section at the height position of the liquid level of the liquid container for quantitative determination is obtained, and the liquid for quantitative determination is obtained from the horizontal sectional information and the formula. calculating a total amount of a predetermined number of droplets stored in the accommodating portion, the liquid Shizukuyo product per drop to calculate the droplet volume per drop, which is calculated by dividing the droplets total volume number of droplets And a calculation unit that calculates the number of droplets necessary for dispensing a predetermined amount of liquid based on
The liquid dispensing apparatus, wherein the drive control unit adjusts a drive parameter of the ejection drive unit so as to eject the calculated number of droplets.
前記定量用液体収容部が、下部から上部に向かって水平断面積が徐々に大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の液体分注装置。   The liquid dispensing apparatus according to claim 1, wherein the liquid container for quantitative determination is configured so that a horizontal cross-sectional area gradually increases from the lower part toward the upper part. 先端から液滴を吐出する吐出部及び前記吐出部からの液滴の吐出を駆動する吐出駆動部を備えた吐出ユニットの前記吐出駆動部の駆動パラメータを制御することにより、予め設定された容量の液体試料を分注する液体分注方法において、
a)底部から所定の高さ位置までの容量を、当該所定の高さ位置における水平断面に関する情報を変数とする式で表すことができる定量用液体収容部に、前記吐出ユニットから液滴を吐出するステップと、
b)前記定量用液体収容部に貯留された液滴が所定数に達したときの前記定量用液体収容部の液面画像を読み取るステップと、
c)読み取った液面画像に基づいて前記定量用液体収容部の該液面の高さ位置における水平断面に関する情報を求め、この水平断面情報と前記式から前記定量用液体収容部に貯留された所定数の液滴の全量を算出し、該液滴全量を液滴数で除することにより一滴当たりの液滴容積を算出するステップと、
d)算出された一滴当たりの液滴容積に基づいて液体を所定量分注するために必要な液滴数を算出するステップと、
e)前記算出された液滴数を吐出するように前記吐出駆動部の駆動パラメータを調節するステップと
を備えることを特徴とする液体分注方法。
By controlling the drive parameters of the discharge drive unit of a discharge unit including a discharge unit that discharges droplets from the tip and a discharge drive unit that drives discharge of droplets from the discharge unit, In a liquid dispensing method for dispensing a liquid sample,
a) Discharge droplets from the discharge unit to the liquid container for quantification, which can express the volume from the bottom to a predetermined height position by using the information about the horizontal section at the predetermined height position as a variable. And steps to
b) reading a liquid surface image of the liquid container for quantification when a predetermined number of droplets stored in the liquid container for quantification has reached a predetermined number;
c) based on the read liquid surface image for information about the horizontal section at the height position of the liquid surface of the quantitative liquid container, stored this horizontal section information from the formula to the quantitative liquid containing portion Calculating the total amount of a predetermined number of droplets and dividing the total amount of droplets by the number of droplets to calculate the droplet volume per droplet;
d) calculating the number of droplets required to dispense a predetermined amount of liquid based on the calculated droplet volume per droplet;
e) adjusting the drive parameters of the discharge drive unit so as to discharge the calculated number of droplets.
前記定量用液体収容部が、下部から上部に向かって水平断面積が徐々に大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項3に記載の液体分注方法。   The liquid dispensing method according to claim 3, wherein the liquid container for quantitative determination is configured so that a horizontal cross-sectional area gradually increases from the lower part toward the upper part.
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