JP6120256B2 - 超微少液量ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、バイオテクノロジー分野において、微少な液体を吸引したり吐出したりするために使用される超微少液量ポンプに関する。

特許文献１（特開２００７−２７０６８９号公報）は、微少流量の流体を脈動無く連続的且つ定量的に安定して移送することができるマイクロポンプ装置を開示する。このマイクロポンプ装置は、内部に流体が流通される複数の弾性チューブと、弾性チューブを押圧して弾性チューブの内部に複数の密閉空間を形成する凸部と、この凸部を弾性チューブに対して移動させて流体を移送するダイレクトドライブモータと、吐出側の流体の流量を検出する流量センサと、吐出側の流体の圧力を検出する圧力センサと、流量センサの出力信号と圧力センサの出力信号に基づいて、ダイレクトドライブモータによる凸部の移動速度を調整するコントローラとを備えているものである。

特許文献２（特開２００６−６１７９４号公報）は、超微少量の液滴を精度良く吐出することができる液滴吐出方法及び液滴吐出装置を開示する。この液滴吐出方法は、液体をノズルの先端から切れない状態で微少量吐出し、前記ノズルの下に位置するプレートに対して前記吐出された液体を接触させ、その状態で前記プレートを水平に移動させることにより前記吐出された液体を前記プレート側に引っ張って前記ノズルから切り離し前記プレート上に液滴として滴下することを繰り返して、前記プレートに対して液滴を所定の間隔で滴下するようにしたものである。これによって、自重で滴下するときの容量より少ない超微量の液滴を吐出する場合に生じる吐出量のバラツキを防止するようにしたものである。

特許文献３（特開平１０−９６７３５号公報）は、空中吐出により微少量の試料を吸引吐出することのできる空中吐出式分注装置を開示する。この分注装置において、シリンジポンプが使用の吸引吐出力を発生し、この吸引吐出力が、洗浄液を介して、試料を吸引吐出するノズルへ伝えられ、分注ポンプの駆動によって、試料を吸引する際には、洗浄液と試料の間に空気層が形成されるので、洗浄液と試料の混合が防止される。

特許文献４（特開平１０−３２９５７号公報）は、モータ振動が外部に伝搬して大きな振動騒音を引き起こすことを防止あるいは抑制を可能にする従来技術として開示される。

特開２００７−２７０６８９号公報 特開２００６−６１７９４号公報 特開平１０−９６７３５号公報 特開平１０−３２９５７号公報

現在、一部の機械において駆動部に部品として求められるものは、省電力化、微少化、軽量化であるが、これに答えるように、メーカー各社で小型モータの開発が進み、情報機器や、映像機器、歯科や医療など様々な分野で応用が進んでいる。また、このような小型モータを、バイオテクノロジーの研究分野で応用することを考えた場合、微少な液体を吸引したり吐出したりするシリンジポンプへの応用が上げられる。最近では、１細胞のピッキングや細胞内液の吸引及び細胞内への試薬の注入、または液体中での試薬の連続送液など、特に顕微鏡下で観察しながら微少な液体の操作を行うニーズが非常に高まっており、このような操作においてはシリンジポンプがすでに使用されているが、自動操作では液体の操作量が多いこと、手動操作では熟練が必要なことなどの問題がある。

上述したように、現在では、１細胞のピッキングや細胞内液の吸引及び細胞内への試薬の注入等、微少流量の流体を正確に吸引吐出することのできる超微少流量ポンプが必要とされる。このようなポンプの位置は、ポンプ容積及びその先から操作部までの体積が少ないほど良い（空気をかむなどの圧力損失がない）ことから、顕微鏡の観察部に近ければ近いほどメリットがあるが、この場合、モータが小型である必要があり、さらに顕微鏡のステージ上で操作の邪魔にならないようにしなければならないという課題がある。

しかしながら、この課題を解決する手段として、小型モータとその先端に接続するチューブを一体化し双方とも固定してしまうと、モータが駆動した際に生じる振動の影響をチューブが受けてしまい、画像がぶれるなど顕微鏡観察に悪影響を及ぼすことが懸念される。

したがって、本発明は、超微少流量を確実に吸引吐出することができると共に、モータ振動による影響を防止又は抑制することのできる超微少液量ポンプを提供することにある。

本発明に係る超微少液量ポンプは、吸入吐出空間を画成すると共に該吸入吐出空間の容積を変化させるピストンを摺動自在に収納するシリンダと、前記ピストンに連結されると共に前記シリンダに螺合して回転運動をピストンの往復動に変換するネジ部を有するピストンロッドと、前記シリンダが固定される第１のハウジングと、該第１のハウジングに連設され、前記ピストンロッドが回転自在に保持される第２のハウジングと、該第２のハウジング内に収容され、前記ピストンロッドと連結される電動モータとを具備し、前記電動モータが、前記第２のハウジング内に、所定の粘度を有する流体を介して宙に浮いた状態で保持されるものである。

また、前記所定の粘度を有する流体とは、シリコングリス、冷却グリス等のクリーム状の材料である。

また、前記シリンダの先端には、前記シリンダの吸入吐出空間に連通するガラスピペット微細管が延出し、また前記吸入吐出空間はスプリット注入用チューブが連通される。

さらに、本発明に係る超微少液量ポンプは、顕微鏡の対物レンズが配置される顕微鏡ステージに設けられたポンプ固定具に固定され、前記硝子ピペット微細管の先端が、前記端物レンズ上に載置された試料に届くように設置されるものである。

さらにまた、前記電動モータは、所定の１回転ステップ数（ｓ）を有するステッピングモータであることが望ましく、外部に設置されたコントロールユニットによって制御されるものである。

また、前記ピストンロッドのネジ部は、所定のピッチ（ｎ）で形成され、前記ピストンは、所定の径（ｒ）で形成される。これによって、ネジ部の１回転で吐出吸引される液量（Ｌ）は、πｒ２ｎとなり、電動モータの１ステップ当たりの液量（Ｌｓ）は、πｒ２ｎ／ｓとして表される。通常、前記所定のピッチが０．１ｍｍであり、前記所定の径が１ｍｍである場合、ねじ１回転での吐出吸引液量は、０．３μＬであり、さらに電動モータの１回転ステップ数を１６６７ステップとすると、１ステップ当たり約１８８ｐＬとなるため、超微少流量の吸引吐出を可能にすることができるものである。

以上の構造により、コントロールユニットによって電動モータをステップ単位で回転を制御することができるため、超微少流量の吸引吐出を可能にすると共に、電動モータの振動の伝達を防止又は抑制することができるので、超微少流量への影響を防止することができるものである。

本発明によれば、ピコリットルレベルの流量の吸引吐出を行うことができるので、１細胞のピッキングや、細胞内液の吸引及び細胞内への試薬の注入、液体中での試薬の連続送液などに有効に利用することができるものである。また、顕微鏡下で観測しながら微少な液体の操作を行うこともできるものである。

本発明に係る超微少液量ポンプを使用した顕微鏡検査装置を示した概略図である。 本発明に係る超微少液量ポンプを示した概略構成図である。

以下、本発明の実施例ついて、図面により説明する。

本発明に係る超微少液量ポンプ１は、中央に顕微鏡の対物レンズ２が配置される顕微鏡ステージ３に固定されるポンプ固定具４に装着されるもので、コントロールユニット５によって制御されるものである。コントロールユニット５と前記超微少液量ポンプ１とは、信号ケーブル６によって接続される。尚、前記コントロールユニット５は、タッチパネルコントローラである。

前記超微少液量ポンプ１の先端には、前記対物レンズ２の近傍まで延出するガラスピペット微細管７が設けられる。さらに、前記超微少液量ポンプ１の先端には、スプリット注入用チューブ８が設けられ、そのスプリット注入用チューブ８の先端にはスプリット注入用シリンジ接続口９が設けられる。

本発明に係る超微少液量ポンプ１は、円筒状の第１のハウジング１０ａ及び第１のハウジング１０ａよりも径の大きい第２のハウジング１０ｂからなるポンプボディ１０を具備する。前記第１のハウジング１０ａ内には、シリンダ１１が止めねじ１２によって固定され、前記第２のハウジング１０ｂ内には、電動モータ１３及びジョイント１４が配置される。尚、前記電動モータ１３は、ステッピングモータであり、１回転について所定数のステップ、例えば１６６７ステップを有するものである。

前記シリンダ１１には、先端付近に吸入吐出空間１５が画成され、その背面側にはピストン１６が移動可能に配置されて、前記吸入吐出空間１５の容積を変化させるものである。また、前記ピストン１６には、ピストンロッド１７が連設されると共に、このピストンロッド１７には前記シリンダ１１に螺合するネジ部１８が形成されるものである。これによって、前記ピストンロッド１７が回転することによって、前記ネジ部１８の作用によって前記ピストン１６が往復運動するものである。

さらに、前記ピストンロッド１７は、ジョイント１４を介して前記電動モータ１３の回転軸１９と連結されるものである。また、前記電動モータ１３及び前記ジョイント１４は、前記第２のハウジング１０ｂ内の収納空間２０内に充填された所定の粘度を有する液体、具体的にはシリコングリス、冷却グリスなどによって、宙に浮かした状態で移動可能に保持されているものである。

以上の構成により、電動モータ１３が駆動されて回転軸１９が回転すると、ジョイント１４を介してピストンロッド１７が回転し、シリンダ１１に螺合するネジ部１８が回転し、ネジ部１８の所定のピッチに従ってピストン１６が前記吸入吐出空間１５の容積を変化させるように移動することができるものである。

このピストン１６の移動量は、前記ネジ部１８のピッチと、前記電動モータ１３の回転ステップ数に対応する角度若しくは回転数とによって決定されるものである。さらに、このピストン１６の移動量と、前記吸入吐出空間１５の内径（断面積）とによって、超微少液量の吸引吐出量を決定できるものである。

また、前記ピストンロッドのネジ部１８は、所定のピッチ（ｎ）で形成され、前記ピストン１６は、所定の径（ｒ）で形成される。これによって、ネジ部１８の１回転で吐出吸引される液量（Ｌ）は、πｒ２ｎとなり、電動モータ１３の１ステップ当たりの液量（Ｌｓ）は、πｒ２ｎ／ｓとして表される。通常、前記所定のピッチが０．１ｍｍであり、前記所定の径が１ｍｍである場合、ねじ１回転での吐出吸引液量は、０．３μＬであり、さらに電動モータ１３の１回転ステップ数を１６６７ステップとすると、１ステップ当たり約１８８ｐＬとなるため、超微少流量の吸引吐出を可能にすることができるものである。

以上の構造により、コントロールユニット５によって電動モータ１３をステップ単位で回転を制御することができるため、超微少流量の吸引吐出を可能にすると共に、電動モータ１３の振動の伝達を防止又は抑制することができるので、超微少流量への影響を防止することができるものである。

１ 超微少液量ポンプ
２ 対物レンズ
３ 顕微鏡ステージ
４ ポンプ固定具
５ コントロールユニット
６ 信号ケーブル
７ ガラスピペット微細管
８ スプリット注入用チューブ
９ スプリット注入用シリンジ接続口
１０ ポンプボディ
１０ａ 第１のハウジング
１０ｂ 第２のハウジング
１１ シリンダ
１２ 止めネジ
１３ 電動モータ
１４ ジョイント
１５ 吸入吐出空間
１６ ピストン
１７ ピストンロッド
１８ ネジ部
１９ 回転軸
２０ 収納空間

Claims (1)

1. 吸入吐出空間を画成すると共に該吸入吐出空間の容積を変化させるピストンを摺動自在に収納するシリンダと、
   前記ピストンに連結されると共に前記シリンダに螺合して回転運動をピストンの往復動に変換するネジ部を有するピストンロッドと、
   前記シリンダが固定される第１のハウジングと、
   該第１のハウジングに連設され、前記ピストンロッドが回転自在に保持される第２のハウジングと、
   該第２のハウジング内に収容され、前記ピストンロッドと連結される電動モータとを具備し、
   前記電動モータが、前記第２のハウジング内に、所定の粘度を有する流体を介して宙に浮いた状態で保持されることを特徴とする超微少液量ポンプ。

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