JP6343683B2 - 撹拌装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ウェルプレート内の溶液を撹拌するための撹拌装置に関する。
マルチウェルプレートは、マイクロプレート、マイクロウェルプレート、マイクロタイタープレート等とも称され、医学、薬学、生化学、化学等の研究分野において、実験用あるいは検査用器具として広く用いられている。マルチウェルプレートは、一般に、６、２４、９６、３８４、１５３６個のウェルを有し、それぞれのウェルに１マイクロリットル〜数ミリリットル程度の反応溶液を入れることができる。反応後の溶液を検出するためにプレートリーダーが用いられる他、溶液の添加、ウェルの洗浄のための自動溶液添加吸引装置およびプレート自体を搬送するための搬送システムなどが各社から汎用品として市販されている。これらの背景のため、現在、マルチウェルプレートのサイズに関する規格化が行われており、American National Standards Institute（ＡＮＳＩ）およびSociety for Laboratory Automation and Screening（ＳＬＡＳ）により、外周、ウェルの位置、プレートの厚みなどが規定されている（非特許文献１）。
マルチウェルプレートの一般的な用途の一つとして、ＥＬＩＳＡ（Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay）のようにマルチウェルプレートの底面の固相支持体に直接、もしくは専用試薬を介して分子を固定化することによるアッセイ法がある。ＥＬＩＳＡにおいては、通常、固相支持体に固定された抗体に、標的物質を含むサンプル溶液、抗体や標識二次抗体、基質溶液を順次添加した後、発光あるいは吸収を測定することによって標的物質の定量を行う。通常、それぞれの物質溶液は、添加された後、そのまま静置される。しかしながら、各々の分子の吸着速度は溶液中での拡散速度に依存しており、静置した方法では分子の吸着が遅いことが考えられるため、通常、抗体やサンプル溶液の添加後は数時間から半日程度待つ必要がある。
近年、細胞単位で機能評価するCell based assayが注目を浴びており、この場合でもマルチウェルプレートは多用されている。Cell based assayに使用される測定フォーマットは、９６ウェルプレートが主流であり、その他、１６ウェル、３８４ウェルも使用されている（非特許文献２）。一方で特許文献２に記載のように細胞の培養及び計測においては撹拌の制御が重要である。その際に底面に接着、もしくは浮遊する細胞に損傷を与えることなく溶液を撹拌することが必要であり、精度の高い撹拌が必要となる。渦動撹拌においては撹拌の精度とその効率が問題となる。マグネティックスターラを用いる撹拌も存在するが、ウェルに接着する細胞に物理的に接触してしまい好ましくない。
マルチウェルプレートの撹拌方法としてはプレート全体を水平方向に円運動させる方法、マグティックスターラーを用いる方法、超音波振動を用いる方法が知られている。
プレート全体を円運動させる方法は渦動撹拌ともいわれ、簡易な撹拌方法として多く知られている（特許文献１）。渦動撹拌では高い撹拌効率を得るためには円運動の径を大きくするか回転速度を上げる必要がある。しかし装置自体の構造的な制約や騒音の問題、液が飛び跳ねる問題、使用するモータにかかる負荷の問題もあるため限界があり、結果得られる撹拌効率は決して高くはない。またプレートの外側と内側で撹拌効率が異なることも示唆されており、プレート内のすべてのウェルの溶液を均一に精度よく撹拌するには適していない。また当然ながらウェル毎の撹拌条件の設定を行うことはできないため撹拌条件の精密な検討を要する試験には不向きである。
特許文献３のようにマグネティックスターラを用いた撹拌が用いられることがあるが、撹拌回転数の設定範囲が狭く、低速、高速に回すことは容易ではない。また、スターラの動きの信頼性は低く、回転追従性が悪い場合は撹拌精度と撹拌効率の低下につながる。また装置自体が大型であるという問題もある。また、マグネティックチップを底面に置く必要があるため、底面に物質又は細胞等が固着化されている場合、これらの物質を破壊、損傷する恐れがある。また、すべてのウェルの撹拌条件が一律で決まってしまい、詳細に多くの撹拌条件を検討するためにはそれぞれのウェルに対応した撹拌回転数を設定できることが好ましい。特許文献４では超音波を用いた撹拌方法が公開されているが、ウェルプレートとの間に振動を伝えるための機構が必要になる上、効率の良い撹拌を行うためには出力を上げる必要があり温度上昇の問題がある。またウェルの撹拌条件が一律で決まってしまう問題がある。
特開２００７−２３７１７４号公報 特開２０１０−１７８７３４号公報 特開２００８−２４１６４０号公報 特開２００７−１１７８３０号公報
http://www.slas.org/default/assets/File/ANSI_SLAS_4-2004_WellPositions.pdf Drug Discovery World Summer 2008, 77-88pp「Progress in the implementation of Label-free-detection, part-1:Cell based assays」
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、マルチウェルプレート内の溶液を精度よく撹拌することができる撹拌装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る撹拌装置は、マルチウェルプレートに取り付け可能に構成された撹拌装置であって、ケーシングと、少なくとも１つの撹拌棒と、駆動部と、装着部とを具備する。
上記ケーシングは、上記マルチウェルプレートの上面に対向する主面部を有する。
上記撹拌棒は、上記主面部から上記マルチウェルプレートのウェルに向かって突出する。
上記駆動部は、上記ケーシングに配置され、上記撹拌棒をその軸まわりに回転させる。
上記装着部は、上記ケーシングに設けられ、上記マルチウェルプレートに装着されることで上記ケーシングを上記マルチウェルプレートに位置決めする。
上記撹拌装置は、マルチウェルプレートの上面に配置され、撹拌棒は、ケーシングの主面部からマルチウェルプレートのウェルの内部に配置される。駆動部は、撹拌棒をその軸まわりに回転させ、上記ウェルに収容された溶液を当該撹拌棒によって撹拌する。装着部は、ケーシングをマルチウェルプレートの上面に配置する際、マルチウェルプレートの所定位置に装着されて、ケーシングをマルチウェルプレートに位置決めする。
上記撹拌装置によれば、撹拌棒の回転制御（回転数あるいは回転速度）によってウェル内の溶液を効率よく撹拌することができる。また、マルチウェルプレートへの装着部の装着により、ウェルに対して撹拌棒が高精度に位置決めされるため、ウェルの大きさに依存せず、安定した撹拌精度を実現することができる。
上記撹拌装置は、典型的には、複数の撹拌棒を含む。この場合、上記装着部は、上記マルチウェルプレートに装着されることで、上記複数の撹拌棒を上記マルチウェルプレートの所定の複数のウェル内に各々位置決めする。
上記撹拌装置によれば、マルチウェルプレートへの装着部の装着により、複数の撹拌棒を個々のウェルに対して精度よく位置決めすることができる。
複数の撹拌棒は、マルチウェルプレートのすべてのウェルに対応して配置されてもよいし、一部のウェル（例えば、マルチウェルプレートの所定の列に属する複数のウェル）に対応して配置されてもよい。すなわち撹拌棒の本数は、マルチウェルプレートのウェルの数に対応している場合に限られない。
マルチウェルプレートに対する装着部の装着位置は特に限定されず、装着部の構成も上記装着位置に応じて適宜設定することが可能である。
例えば、上記装着部は、上記マルチウェルプレートを収容可能に構成された空間部と、上記空間部に収容されたマルチウェルプレートの外周面または外周面の一部と接触する係合面とを含む。
あるいは、上記装着部は、上記マルチウェルプレートの所定の複数のウェルに各々係合するように構成された複数の係合突部を含む。
あるいは、上記装着部は、上記ケーシングに対して分離可能に構成された枠体で構成されてもよい。上記枠体は、上記ケーシングの外周部と上記マルチウェルプレートの外周部とにそれぞれ係合可能な内周面を有する。
上記撹拌装置は、上記主面部に設けられ上記マルチウェルプレートの上面に弾性的に接触可能なシート部材をさらに有してもよい。これにより主面部とマルチウェルプレートとの密着性が高まり、撹拌対象である溶液が揮発性である場合においても、撹拌中における溶液の蒸発を抑制することが可能となる。
上記駆動部は、上記複数の撹拌棒に各々取り付けられた複数のモータを含んでもよい。この場合、上記撹拌装置は、コントローラをさらに具備してもよい。上記コントローラは、上記複数のモータの駆動を個別に制御するように構成される。
これにより、個々の撹拌棒を各々独立して回転させることができる。各撹拌棒は、相互に同一の回転条件で駆動されてもよいし、異なる回転条件で駆動されてもよい。
上記駆動部は、上記ケーシングの内部空間に配置され、上記撹拌装置は、上記内部空間に配置されたファンをさらに具備してもよい。これにより、ファンから発生する気流によって駆動源を冷却させることが可能となる。
上記撹拌装置は、上記内部空間を、上記駆動部を収容する第１の内部空間と、上記ファンを収容する第２の内部空間に区画し、上記第１の内部空間と上記第２の内部空間を連通させる開口を有するファン取付板をさらに具備し、上記ファンは、上記開口を介して上記第１の内部空間と上記第２の内部空間の間を流れる気流を生じさせてもよい。これにより駆動部を収容する第１の内部空間とファンを収容する第２の内部空間の間を流れる気流を生じさせることが可能となる。
上記ケーシングは、上記第１の内部空間と上記ケーシングの外部空間を連通させる第１の通気口と、上記第２の内部空間と上記外部空間を連通させる第２の通気口を有してもよい。これにより、外部空間から第１の通気口を介して第１の内部空間に流入し、ファン取付板の開口を介して第２の内部空間に流れ、第２の通気口から外部空間に流出する気流を発生させ、駆動部を冷却することが可能となる。
上記装着部は、上記ケーシングに対して分離可能に構成されたアタッチメントであってもよい。また、上記装着部は、上記マルチウェルプレートに装着された位置決め部材を介して上記マルチウェルプレートに装着されてもよい。
上記撹拌装置は、上記主面部に弾性的に接触するシート部材をさらに具備し、上記駆動部は、回転子及び固定子を収容するシャーシと、上記回転子に接続された回転軸と、上記シャーシに固定され、上記回転軸を回転可能に支持する軸受とを備え、上記撹拌棒は、上記回転軸に接続され、上記撹拌装置は、上記シート部材と上記撹拌棒の隙間を封止する封止シールをさらに具備してもよい。封止シールによって、撹拌対象液体の蒸気の軸受への到達を防止し、グリースの流出や劣化を防止することができる。
上記撹拌装置は、上記主面部に弾性的に接触するシート部材をさらに具備し、上記駆動部は、回転子及び固定子を収容するシャーシと、上記回転子に接続された回転軸と、上記シャーシに固定され、上記回転軸を回転可能に支持する軸受とを備え、上記撹拌棒は、上記回転軸に接続され、上記ケーシングは、上記シート部材と上記撹拌棒の隙間を封止ししてもよい。ケーシングを利用して、撹拌対象液体の蒸気の軸受への到達を防止し、グリースの流出や劣化を防止することも可能である。
上記撹拌装置は、上記駆動部を制御するコントローラをさらに具備し、上記コントローラは、上記駆動部の回転開始時には、一定時間第１のトルクを発生するように上記駆動部を制御し、上記一定時間の経過後には、上記第１のトルクより小さい第２のトルクと上記第１のトルクを交互に発生するように上記駆動部を制御してもよい。駆動部の回転開始時には、駆動部に第１のトルクを発生させることにより、撹拌棒を確実に回転させ、回転中はより小さい第２のトルクを発生させることにより、駆動部による発熱を防止することが可能である。また、定期的に第１のトルクを発生させることにより、撹拌棒の回転が停止しても、回転を再開させることが可能である。
以上のように、本発明によれば、マルチウェルプレート内の溶液を精度よく撹拌することができる。
本発明の第１の実施形態に係る撹拌装置を示す斜視図である。 上記撹拌装置の要部の断面図である。 上記撹拌装置がマルチウェルプレートに取り付けられた状態を示す要部の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る撹拌装置の構成を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る撹拌装置の構成を示す要部の断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る撹拌装置の構成を示す斜視図である。 本発明の第４の実施形態に係る撹拌装置の構成を示す要部の断面図である。 図２に示した撹拌装置の構成の変形例を示す概略断面図である。 図２に示した撹拌装置の構成の他の変形例を示す概略断面図である。 図２に示した撹拌装置の構成のさらに他の変形例を示す概略断面図である。 図１に示した撹拌装置の構成のさらに他の変形例を示す概略断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る撹拌装置及びマルチウェルプレートの構成を示す斜視図である。 図１２に示した撹拌装置の構成を示す断面図である。 図１２に示した撹拌装置及びマルチウェルプレートの構成を示す断面図である。 図１２に示した撹拌装置が備える撹拌ユニットの構成を示す斜視図である。 図１２に示した撹拌装置が備える撹拌ユニットの一部構成を示す斜視図である。 図１２に示した撹拌装置のモータ周辺構造を示す断面図である。 図１２に示した撹拌装置のモータ周辺構造を示す断面図である。 本発明に係る撹拌装置のモータの制御方法を示すグラフである。 本発明の第６の実施形態に係る撹拌装置及びマルチウェルプレートの構成を示す斜視図である。 図２０に示した撹拌装置の構成を示す断面図である。 図２０に示した撹拌装置及びマルチウェルプレートの構成を示す断面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撹拌装置を示す斜視図、図２は、撹拌装置のＸ軸方向に沿った断面図、図３は、撹拌装置がマルチウェルプレートに取り付けられた状態におけるＸ軸方向に沿った断面図である。
なお各図においてＸ軸およびＹ軸方向は相互に直交する水平方向を示し、Ｚ軸方向はこれらに直交する高さ方向を示している。
［全体構成］
本実施形態の撹拌装置１は、撹拌ユニット１０と、コントローラ２０とを備える。
撹拌ユニット１０は、マルチウェルプレート３０に取り付け可能に構成される。撹拌ユニット１０は、マルチウェルプレート３０のウェル３１内に収容された溶液を撹拌するための複数の撹拌棒１１を有する。
本実施形態において撹拌ユニット１０は、マルチウェルプレート３０のウェルに対応する複数の撹拌棒１１を備えるが、これに限られず、少なくとも１つの撹拌棒を備えていればよい。
コントローラ２０は、撹拌ユニット１０の駆動を制御するためのもので、典型的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ（ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory））を有するコンピュータで構成される。コントローラ２０は、汎用のコンピュータで構成されてもよいし、専用のコンピュータで構成されてもよい。
コントローラ２０は、撹拌ユニット１０に電気的に接続され、撹拌棒１１を駆動するモータの回転を個別にあるいは共通に制御するように構成される。本実施形態においてコントローラ２０は、撹拌ユニット１０に対して配線部材２１を介して電気的に接続されるが、これに限られず、例えば無線によって撹拌ユニット１０と電気的に接続されてもよい。
マルチウェルプレート３０は、複数のウェル３１がマトリクス状に形成された上面３０１と、長辺側の側面３０２と、短辺側の側面３０３とを有する略矩形の板状部材で構成される。マルチウェルプレート３０は、典型的には、透光性を有する合成樹脂材料の射出成形体で構成される。
複数のウェル３１は、所定間隔でマトリクス状に配列されている。図示の例では、短辺方向（Ｘ軸方向）に整列した８個のウェル３１が長辺方向（Ｙ軸方向）に１２列配列されることで、計９６個のウェルが形成される。ウェル３１の配列間隔は、約９ｍｍである。なお、ウェルの数はこの例に限られず、６個、２４個、３８４個、１５３６個等であってもよい。
マルチウェルプレート３０としては、典型的には市販の汎用品が用いられる。例えば、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社（Thermo Fisher Sceintific K.K）製「Nunc 96マイクロウェルプレート」が適用可能である。
［撹拌ユニット］
以下、撹拌ユニット１０の詳細について、図２および図３を参照して説明する。
撹拌ユニット１０は、ケーシング１００と、複数の撹拌棒１１と、複数のモータ１２と、装着部１６とを有する。
ケーシング１００は、例えばアルミニウム合金等の金属材料で構成される。ケーシング１００は、略矩形の板状に形成され、その一方側の面が、マルチウェルプレート３０の上面３０１と対向する主面部１０１として形成される。主面部１０１は、マルチウェルプレート３０の上面３０１を覆うことができる大きさに形成される。
ケーシング１００の主面部１０１とは反対側の面に相当する上面部１０２には、複数のモータ１２を駆動する回路基板１３を収容する凹部１０３が形成されている。凹部１０３は、ケーシング１００の上面部１０２に取り付けられたカバー１０９によって被覆される。
装着部１６は、後述するようにケーシング１００と一体的に設けられ、マルチウェルプレート３０を収容可能に構成された空間部Ｓ１を有する。図３に示すように、装着部１６は、主面部１０１の周縁からマルチウェルプレート３０の外周に向かって垂下する周壁で構成され、その内部に空間部Ｓ１を形成する。上記周壁の高さは、ケーシング１００がマルチウェルプレート３０の上面３０１に載置された際、上記周壁の底部が作業テーブルＴ（図３参照）に接触しない高さに設定される。
複数の撹拌棒１１は、空間部Ｓ１に収容されたマルチウェルプレート３０のすべてのウェル３１に対応するようにケーシング１００にマトリクス状に配置されている。複数の撹拌棒１１は、主面部１０１からマルチウェルプレート３０に向かって突出し、各ウェル３１の内部に配置される。複数の撹拌棒１１は、それぞれ同一の構成を有し、ケーシング１００に配置された複数のモータ１２の駆動軸にそれぞれ連結されている。
撹拌ユニット１０は、使用されるマルチウェルプレートの種類（あるいはウェルの数）に応じて、撹拌棒１１やモータ１２の配列間隔、空間部Ｓ１の形状等が最適化される。
図２に示すように、ケーシング１００には凹部１０３と空間部Ｓ１とを相互に連結する複数の段付き孔１０５がＺ軸方向に沿って形成されている。複数の段付き孔１０５は、凹部１０３の底面にマトリクス状に配列され、それぞれ大径部１０６と小径部１０７とを有する。
大径部１０６は、凹部１０３側に位置し、モータ１２を収容可能な大きさで形成されている。小径部１０７は、空間部Ｓ１側に位置し、撹拌棒１１を収容可能な大きさで形成されている。小径部１０７は、大径部１０６と同心的に形成され、大径部１０６と小径部１０７との段部にモータ１２がそれぞれ固定される。
モータ１２は、撹拌棒１１をその軸まわりに回転させる駆動部を構成する。モータ１２の回転数は特に限定されず、本実施形態では、１ｒｐｍ〜６０００ｒｐｍの範囲で設定可能であり、回転数精度が±２％以下のモータが用いられる。これにより、低速撹拌および高速撹拌のいずれにも対応することができるとともに、撹拌棒１１の高精度な回転数制御を実現することが可能となる。
モータ１２は、パルス信号で駆動されるステッピングモータで構成されるが、これに限られず、例えば、シンクロナスモータ、ブラシレスＤＣモータ等の回転数を高精度に制御することが可能なモータが適用可能である。モータ１２の大きさも特に限定されず、例えば直径６ｍｍ以下のものが用いられる。
各モータ１２は、フレキシブル配線基板１４を介して回路基板１３に電気的に接続される。回路基板１３は、配線部材２１を介してコントローラ２０に電気的に接続され、各モータ１２の駆動は、コントローラ２０により個別に制御可能に構成されている。各モータ１２は、同一の回転方向に同一の回転数（回転速度）で駆動されるが、これに限られず、回転方向、回転数をモータ毎に異ならせることも可能である。また、すべてのモータ１２は同時に起動されてもよいし、一部のモータ１２が選択的に起動されてもよい。
モータ１２の駆動時に発生する熱は、金属製のケーシング１００を介して外部へ放熱される。これにより、マルチウェルプレート３０への熱伝達を抑制し、ウェル３１内の溶液の蒸発あるいは熱による変質等を抑えることができる。
撹拌棒１１は、モータ１２の駆動軸に連結される軸部１１１と、軸部１１１の先端に形成されたパドル部１１２とを有する。パドル部１１２の形状や個数は特に限定されず、軸部１１１の軸まわりの回転により所望とする溶液の撹拌機能が得られる種々の形態が採用可能である。
図３に示すように、撹拌棒１１は、マルチウェルプレート３０が空間部Ｓ１に収容された状態において、各ウェル３１の内部に配置される。典型的には、各撹拌棒１１は、各ウェル３１の中心軸上に配置される。ウェル３１の底部からの撹拌棒１１の高さは特に限定されず、ウェル３１の大きさや溶液の量、種類等に応じて適宜設定され、典型的には、撹拌棒１１の先端がウェル３１の底部に接触しない高さに設定される。
撹拌ユニット１０は、主面部１０１に設けられたシート部材１５をさらに備える。シート部材１５は、収容部１０４に収容されたマルチウェルプレート３０の上面に弾性的に接触するように構成される。
シート部材１５の設置は、撹拌対象溶液が揮発性溶液である場合に特に効果的であり、長時間の撹拌動作による溶液の蒸発を効果的に防止することができる。シート部材１５の構成材料は、耐熱性および耐薬品性を有し、マルチウェルプレート３０の上面３０１に弾性的に接触し得る材料であれば特に限定されず、典型的には、シリコーンゴムが挙げられる。
シート部材１５は、ケーシング１００の主面部１０１に対して粘着層等を介して貼り付けられる。シート部材１５は、主面部１０１に対して着脱自在に取り付けられることが好ましく、これによりシート部材１５の交換等を容易に行うことが可能となる。
そして本実施形態の撹拌ユニット１０は、マルチウェルプレート３０に装着されることでケーシング１００をマルチウェルプレート３０に位置決めする装着部１６を備える。
装着部１６は、ケーシング１００に設けられ、空間部Ｓ１に収容されたマルチウェルプレート３０の外周面に接触する係合面１６１を有する。図３に示すように、係合面１６１は、マルチウェルプレート３０の側壁底部に形成された凸部３０４の外周面に係合可能に構成される。係合面１６１は、典型的には、平坦な面（垂直な面）で形成されるが、これに限られず、テーパ面や曲面で形成されてもよい。
装着部１６は、マルチウェルプレート３０の外周面に装着されることで、ケーシング１００をマルチウェルプレート３０に対して位置決めする。位置決め精度確保の観点から、装着部１６は、典型的には、マルチウェルプレート３０の４側面（全周）に係合可能に形成されるが、これに限られず、係合位置は、例えばマルチウェルプレート３０の外周面の一部、例えば３側面であってもよい。
［撹拌装置の動作］
次に、以上のように構成される撹拌装置１の典型的な動作について説明する。
撹拌ユニット１０は、マルチウェルプレート３０の上面３０１に載置され、これにより各撹拌棒１１がマルチウェルプレート３０の各ウェル３１の内部に配置される。装着部１６は、ケーシング１００をマルチウェルプレート３０の上面３０１に配置する際、空間部Ｓ１に収容されるマルチウェルプレート３０の凸部３０４の外周面に係合する。これによりケーシング１００がマルチウェルプレート３０に位置決めされる。
コントローラ２０は、モータ１２へ駆動パルス信号を出力し、撹拌対象溶液を収容するウェル３１に配置された撹拌棒１１を所定回転数（例えば３０００ｒｐｍ）で回転させる。典型的には、コントローラ２０は、各撹拌棒１１を同一の回転数で回転させるが、ウェルごとに異なる回転数で撹拌棒１１を回転させてもよい。さらにコントローラ２０は、各モータを同時に起動させてもよいし、各モータを所定の順序で起動させてもよい。
このときケーシング１００の主面部１０１は、シート部材１５を介してマルチウェルプレート３０の上面３０１に密着する。これにより隣接する複数のウェル３１の間はシート部材１５によって遮蔽されるため、撹拌によって生じる飛沫が他のウェル３１へ混入することが防止される。また、シート部材１５によって各ウェル３１の気密性が向上し、これによりウェル３１内の溶液の蒸発が抑制される。
本実施形態においては、装着部１６によりマルチウェルプレート３０に対するケーシング１００が位置決めされるため、各撹拌棒１１もまた各ウェル３１の内部に高い位置精度で配置される。これにより複数の微小なウェルに対して複数の撹拌棒１１を一括的に位置決めできるため、各ウェルにおける溶液の撹拌処理の均一化を図ることができる。
また、各撹拌棒１１は、それぞれ個々のモータ１２により駆動されるため、各々の撹拌棒１１を最適かつ適切な駆動条件で回転させることができる。また、各モータ１２は、駆動パルスによって正確な回転数を実現できるステッピングモータで構成されているため、各ウェル３１における溶液の撹拌精度および撹拌効率を向上させることができる。
以上のように本実施形態によれば、プレート全体を水平方向に円運動させる水平渦動撹拌法と比較して、各ウェル３１の撹拌精度および撹拌効率を大幅に向上させることができる。また本実施形態によれば、各ウェル３１内の溶液を撹拌棒１１で個々に撹拌することができるため、ウェル３１の位置に依存することなく均一に撹拌することができる。したがって、ＥＬＩＳＡ等の試験方法において、試料中に含まれる抗体あるいは抗原の濃度を高精度に検出あるいは定量することができる。
また本実施形態によれば、マグネティックスターラを用いる方法と比較して、撹拌速度を高精度に制御することができるため、種々の撹拌条件に容易に対応することが可能となり、ウェルごとに異なる撹拌条件を設定することも可能となる。したがって、例えば製剤研究等の分野において評価すべき溶出試験用サンプルが多数にわたる場合においても、同一のマルチウェルプレートを用いて効率のよいスクリーニング評価が可能となる。
＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態に係る撹拌装置２の構成を示す斜視図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、上述の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
本実施形態の撹拌装置２は、複数の撹拌ユニット４０と、図示しないコントローラと、枠体５０とを有する。
各撹拌ユニット４０は、マルチウェルプレート３０のＹ軸方向に配列されたウェル３１の列ごとに分割して構成されている。各撹拌ユニット４０は、各列に属する８個のウェル３１に対応する複数（８本）の撹拌棒１１と、これらを各々駆動する複数のモータ１２と、各モータ１２の駆動回路を有する回路基板（図示略）等を備える。
なお、撹拌ユニット４０は、１列分のウェル数に相当する撹拌棒１１を備える構成に限られず、２列分以上のウェル数に相当する撹拌棒１１を備えるように構成されてもよい。
撹拌ユニット４０は、複数の撹拌棒１１およびモータ１２を収容するケーシング４００を有する。ケーシング４００は、直方体形状を有し、アルミニウム合金等の金属材料で構成される。マルチウェルプレート３０の上面３０１に載置される主面部４０１と、Ｘ軸方向に対向する２つの側面４０２とを有する。
枠体５０は、各撹拌ユニット４０と分離可能に構成され、マルチウェルプレート３０を収容可能な空間部Ｓ２を内部に有する矩形の枠形状を有する。枠体５０は、各撹拌ユニット４０の側面４０２を含む外周部と、マルチウェルプレート３０の外周部３０５とにそれぞれ係合（接触）可能な内周面５０１を有する。
本実施形態において枠体５０は、マルチウェルプレート３０に装着されることで撹拌ユニット４０のケーシング４００をマルチウェルプレート３０に位置決めする装着部として機能する。すなわち本実施形態においては、マルチウェルプレート３０を空間部Ｓ２に収容した枠体５０に対して撹拌ユニット４０を装着することで、マルチウェルプレート３０に対して撹拌ユニット４０が位置決めされる。同時に、所定のウェル３１に対して撹拌棒１１が高精度に位置決めされる。
本実施形態の撹拌装置２は、図示しないコントローラによって撹拌ユニット４０の各モータ１２が駆動制御される。上記コントローラ２０は、例えば、枠体５０を介して各撹拌ユニット４０に電気的に接続可能に構成される。この場合、枠体５０の内周面５０１と撹拌ユニット４０の外周部（例えば側面４０２）とに、各々電気的に接続可能な接点が設けられてもよい。あるいは、コントローラ２０は、各撹拌ユニット４０に直接、電気的に接続されてもよい。
以上のように構成される本実施形態の撹拌装置２においても上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。本実施形態によれば、マルチウェルプレート３０のウェル３１に列単位で撹拌ユニット４０を装着可能に構成されているため、すべてのウェル３１だけでなく、一部のウェル３１に収容された溶液に対して、所期の撹拌処理を実施することができる。
＜第３の実施形態＞
図５は、本発明の第３の実施形態に係る撹拌装置３の構成を示す要部の断面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、上述の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
本実施形態の撹拌装置３は、撹拌ユニット６０と、図示しないコントローラとを有する。
撹拌ユニット６０は、マルチウェルプレート３０のＹ軸方向に配列されたウェル３１の２列分に相当するウェル３１の上面を覆うことができる大きさで形成されたケーシング６００を有する。ケーシング６００には、上記２列分に相当するウェル３１に対応して配置された複数（１６本）の撹拌棒１１と、これら撹拌棒１１を各々駆動する複数のモータ１２等が配置される。
なお、撹拌ユニット６０は、上記２列分のウェル数に相当する撹拌棒１１を備える構成に限られず、１列分あるいは３列分以上のウェル数に相当する撹拌棒１１を備えるように構成されてもよい。
ケーシング６００は、概略直方体形状を有し、アルミニウム合金等の金属材料で構成される。ケーシング６００は、マルチウェルプレート３０の上面３０１に載置される主面部６０１を有し、主面部６０１にはマルチウェルプレート３０の上面に弾性的に密着可能なシート部材１５が取り付けられている。
撹拌ユニット６０はさらに、装着部６１０を有する。装着部６１０は、ケーシング６００と一体的に形成されたベース部６１１と、ベース部６１１の下面に形成された複数の係合突部６１２とを有する。
ベース部６１１は、ケーシング６００の下端部からＹ軸方向にウェル１列分の長さにわたって延設される。ベース部６１１の厚みは特に限定されず、ケーシング６００と同等の厚み（高さ）で形成されてもよい。
複数の係合突部６１２は、ベース部６１１の直下に位置する各ウェル３１に対応して配置され、当該ウェル３１の開口部に係合可能に構成される。本実施形態において各係合突部６１２は、略半球形状に形成されるが、これに限られず、円柱、角柱その他の幾何学的形状で形成されてもよい。
以上のように構成される本実施形態の撹拌装置３においても上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。本実施形態によれば、第２の実施形態と同様に、マルチウェルプレート３０のウェル３１に所定の列単位で撹拌ユニット６０を装着可能に構成されているため、すべてのウェル３１だけでなく、一部のウェル３１に収容された溶液に対して、所期の撹拌処理を実施することができる。
また本実施形態において、装着部６１０は、撹拌棒１１が配置される列とは異なる列に属する複数のウェルに各々係合するように構成された複数の係合突部６１２を備えているため、撹拌ユニット６０の小型化、軽量化を図ることができる。
なお、係合突部６１２が係合するウェル列は、撹拌棒１１が配置されるウェル列の隣の列に限られない。また、係合突部６１２の数は、必ずしも列内のウェル数（８個）に対応させる必要はなく、少なくとも２つのウェルに係合可能に構成されていればよい。
＜第４の実施形態＞
図６および図７は、本発明の第４の実施形態に係る撹拌装置の構成を示しており、図６は斜視図、図７は側断面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、上述の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
本実施形態の撹拌装置４は、撹拌ユニット７０と、図示しないコントローラとを有する。
撹拌ユニット７０は、第１の実施形態と同様にマルチウェルプレート３０の上面３０１を覆うことができる大きさで形成されたケーシング７００を有する。ケーシング７００には、マルチウェルプレート３０の各ウェル３１に対応して配置された複数の撹拌棒１１と、これら撹拌棒１１を各々駆動する複数のモータ１２等が配置される。
ケーシング７００は、概略直方体形状を有し、アルミニウム合金等の金属材料で構成される。ケーシング７００は、マルチウェルプレート３０の上面３０１に載置される主面部７０１を有し、主面部７０１にはマルチウェルプレート３０の上面に弾性的に密着可能なシート部材１５が取り付けられている。
撹拌ユニット７０はさらに、複数の装着部７１０を有する。複数の装着部７１０各々は、ケーシング７００の主面部７０１に一体的に形成された円環状の凸部で構成され、主面部７０１から突出するように形成されている。複数の装着部７１０各々は、シート部材１５がマルチウェルプレート３０の上面３０１に密着した状態で、各ウェル３１にそれぞれ嵌合する。これにより、マルチウェルプレート３０に対してケーシング７００が位置決めされ、各ウェル３１に対して撹拌棒１１が高い位置精度で配置される。
以上のように構成される本実施形態の撹拌装置４においても上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば以上の実施形態では、ウェル数が９６個のマルチウェルプレート３０を用いたがこれに限られず、ウェル数の異なる他のマルチウェルプレートが用いられてもよい。この場合、マルチウェルプレートの外形状やウェルの配列ピッチに応じて、撹拌棒の配列ピッチおよび装着部の大きさ等が最適化される。
撹拌棒１１の回転数の更なる精度向上のため、コントローラ２０によって各撹拌棒１１の回転数がモニタリング可能に構成されてもよい。この場合、例えば、ケーシングに撹拌棒１１の回転数を検出するエンコーダ等の検出部が設けられ、当該検出部の出力に基づいてコントローラ２０が撹拌棒１１を所定回転数に制御するように構成される。
また以上の実施形態では、ウェル３１内の溶液の蒸発を抑制するため、ケーシングの主面部にシート部材１５を設けたが、これに代えてまたはこれに加えて、各ウェルの内圧を所定の圧力に維持して当該溶液の蒸発を抑制するようにしてもよい。
例えば図８に示す撹拌ユニットは、加圧ポンプ７１と、加圧ポンプ７１の吐出口に接続された通孔７２とを有する。通孔７２は、加圧ポンプ７１から吐出される気体を撹拌棒１１が配置されたウェル３１内に導入可能に構成され、例えば、各段付き孔の小径部１０７を連絡するようにケーシング１００内に格子状に形成される。加圧ポンプ７１は、ウェル内を例えば飽和水蒸気圧に相当する圧力の気体を吐出する。これによりウェル内の溶液の蒸発を抑制することができる。加圧ポンプから吐出される気体は、エアでもよいし、アルゴン等の不活性ガスであってもよい。
また以上の実施形態では、駆動部として、複数の撹拌棒１１に対応して配置された複数のモータ１２を用いたが、単一のモータで複数の撹拌棒１１を回転させるように構成されてもよい。
例えば図９に示す撹拌ユニットは、単一のモータ１２の回転駆動力を各撹拌棒１１へ伝達するギヤ列１２２を有する。ギヤ列１２２は、モータ１２に結合されたメインギヤ１２１に接続され、当該メインギヤ１２１の回転を各撹拌棒１１へ伝達する複数のギヤを含む。
一方、図１０に示す撹拌ユニットは、単一のモータ１２の回転駆動力を各撹拌棒１１へ伝達するギヤユニット１２３を有する。ギヤユニット１２３は、各撹拌棒１１の基端部に固定された複数のピニオンギヤ１２４と、これら複数のピニオンギヤ１２４にモータ１２の駆動力を伝達する複数のウォームギヤ１２５とを有する。この構成によれば、ウォームギヤ１２５のギヤ比で撹拌棒１１の回転速度を調整することができるため、例えば、低速でより滑らかな撹拌を安定して行うことができる。
さらに、以上の第１の実施形態では、撹拌ユニット２０の装着部１６が係合面１６１を介してマルチウェルプレート３０の外周面に全周にわたって係合するように構成されたが、これに代えて、マルチウェルプレート３０の外周面の一部に係合するように構成されてもよい。このような構成によっても、第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。例えば図１１に、マルチウェルプレート３０の四隅外周面にのみ部分的に接触する４つの装着部８６を備えた撹拌ユニット８０を示す。各装着部８６は、Ｚ軸まわりに略９０°折り曲げられた屈曲部材で構成され、それらの内面が、マルチウェルプレート３０の四隅外周面に係合（接触）する係合面８６１として構成される。
＜第５の実施形態＞
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る撹拌装置５及びマルチウェルプレート３０の分解斜視図、図１３は撹拌装置５のＸ軸方向に沿った断面図、図１４は、撹拌装置５がマルチウェルプレート３０に取り付けられた状態におけるＸ軸方向に沿った断面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、上述の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
なお各図においてＸ軸およびＹ軸方向は相互に直交する水平方向を示し、Ｚ軸方向はこれらに直交する高さ方向を示している。
［全体構成］
図１２に示すように、撹拌装置５は、撹拌ユニット１０１０、アタッチメント１０２０、第１シート部材１０３０及び第２シート部材１０４０を備える。また、撹拌装置５は、第１の実施形態と同様に図示しないコントローラを備える。
撹拌ユニット１０１０は、アタッチメント１０２０を介してマルチウェルプレート３０に取り付け可能に構成される。撹拌ユニット１０１０は、マルチウェルプレート３０のウェル３１内に収容された溶液を撹拌するための複数の撹拌棒１１５０を有する。
本実施形態において撹拌ユニット１０１０は、マルチウェルプレート３０のウェルに対応する複数の撹拌棒１１５０を備えるが、これに限られず、少なくとも１つの撹拌棒を備えていればよい。
アタッチメント１０２０は、貫通孔１０２１、当接部１０２２及び位置決め穴１０２３を備える。アタッチメント１０２０はマルチウェルプレート３０と同程度の大きさを有する板状部材とすることができる。
貫通孔１０２１は、図１３に示すようにアタッチメント１０２０の表裏面を貫通する孔であり、マルチウェルプレート３０の各ウェルに対して一つずつが設けられている。貫通孔１０２１は、ウェル３１より小さく、撹拌棒１１５０より大きい孔径を有し、各貫通孔１０２１には一つずつの撹拌棒１１５０が挿通される。
当接部１０２２は、図１２に示すようにアタッチメント１０２０の周縁からマルチウェルプレート３０の外周面に向かって垂下する部分である。当接部１０２２は、マルチウェルプレート３０の外周面に当接することによってアタッチメント１０２０をマルチウェルプレート３０に対して位置決めする。
具体的には当接部１０２２は、マルチウェルプレート３０の側面３０２に当接する部分と、側面３０３に当接する部分を備えるものとすることができる。なお、当接部１０２２の具体的形状は図１２に示すものに限られず、アタッチメント１０２０をマルチウェルプレート３０に対して位置決めできるものであればよい。
位置決め穴１０２３は、撹拌ユニット１０１０が備える位置決めピン１１１５が挿通される穴である。位置決め穴１０２３の数や形状は特に限定されないが、図１２に示すようにアタッチメント１０２０の周縁に４つが設けられるものとすることができる。
アタッチメント１０２０の構成材料は特に限定されず、耐熱性および耐薬品性を有する合成樹脂等からなるものとすることができる。
第１シート部材１０３０は、弾性材料からなるシート状の部材であり、アタッチメント１０２０とマルチウェルプレート３０の間に配置され、貫通孔１０３１を備える。貫通孔１０３１は、図１３に示すように第１シート部材１０３０の表裏面を貫通する孔であり、マルチウェルプレート３０の各ウェル３１に対して一つずつが設けられている。
第１シート部材１０３０の構成材料は、耐熱性および耐薬品性を有し、マルチウェルプレート３０の上面３０１及びアタッチメント１０２０に弾性的に接触し得る材料であれば特に限定されず、典型的には、シリコーンゴムが挙げられる。
第２シート部材１０４０は、弾性材料からなるシート状の部材であり、アタッチメント１０２０と撹拌ユニット１０１０の間に配置され、貫通孔１０４１を備える。貫通孔１０４１は、図１３に示すように第２シート部材１０４０の表裏面を貫通する孔であり、マルチウェルプレート３０の各ウェルに対して一つずつが設けられている。
また、図１２に示すよに第２シート部材１０４０には、位置決め穴１０４２が設けられている。位置決め穴１０４２は、第１シート部材１０４０の表裏面を貫通する孔であり、撹拌ユニット１０１０が備える位置決めピン１１１５が挿通される穴である。位置決め穴の数や形状は特に限定されないが、図１２に示すように第２シート部材１０４０の周縁部に４つが設けられるものとすることができる。
第２シート部材１０４０の構成材料は、耐熱性および耐薬品性を有し、撹拌ユニット１０１０及びアタッチメント１０２０に弾性的に接触し得る材料であれば特に限定されず、典型的には、シリコーンゴムが挙げられる。
コントローラは、第１の実施形態と同様に、撹拌ユニット１０１０の駆動を制御するためのもので、撹拌ユニット１０１０に電気的に接続され、撹拌棒１１５０を駆動するモータの回転を個別にあるいは共通に制御するように構成される。
［撹拌ユニット］
撹拌ユニット１０１０の詳細について説明する。図１５は撹拌ユニット１０１０の分解斜視図、図１６は撹拌ユニット１０１０の一部構成の斜視図である。
図１４乃至図１６に示すように撹拌ユニット１０１０は、第１ケーシング１１１０、第２ケーシング１１２０、ファン取付板１１３０、ファン１１４０、撹拌棒１１５０、モータ１１６０、モータ押さえ板１１７０及び
１１８０を備える。
第１ケーシング１１１０は、例えばアルミニウム合金等の金属材料で構成される。第１ケーシング１１１０は、マルチウェルプレート３０の上面３０１と対向する主面部１１１１と、主面部１１１１から垂下する側壁部１１１２を備える。
主面部１１１１には、複数の貫通孔１１１３が形成されている。各貫通孔１１１３は、主面部１１１１を貫通し、各貫通孔１１１３には撹拌棒１１５０が一つずつ挿通されている。
また、第１ケーシング１１００は通気口１１１４を備える。通気口１１１４は、側壁部１１１２を貫通し、第１ケーシング１１１０の内外を連通させる。通気口１１１４の形状や数は特に限定されない。
主面部１１１１の周縁には、図１２に示すように位置決めピン１１１５が設けられている。位置決めピン１１１５は、主面部１１１１から突出し、第２シート部材１０４０の位置決め穴１０４２及びアタッチメント１０２０の位置決め穴１０２３に挿通される。これにより、撹拌ユニット１０１０がアタッチメント１０２０に対して位置決めされ、アタッチメント１０２０を介してマルチウェルプレート３０に対して位置決めされる。
また、図１４に示すように、側壁部１１１２にはモータ押さえ板支持部１１１６が形成されている。モータ押さえ板支持部１１１６は、側壁部１１１２から収容空間内に突出し、モータ押さえ板１１７０を載置することが可能に構成されている。
第２ケーシング１１２０は、例えばアルミニウム合金等の金属材料で構成される。第２ケーシング１１２０は、平板状の主面部１１２１と、主面部１１２１から垂下する側壁部１１２２を備える。
また、第２ケーシング１１２０は通気口１１２３を備える。通気口１１２３は、側壁部１１２２を貫通し、第２ケーシング１１２０の内外を連通させる。通気口１１２３の形状や数は特に限定されない。
第１ケーシング１１１０の側壁部１１１２と第２ケーシング１１２０の側壁部１１２２は互いに接合され、第１ケーシング１１２０と第２ケーシング１１２０によって内部空間が形成される。
ファン取付板１１３０は、第１ケーシング１１２０の側壁部１１１２と第２ケーシング１１２０の側壁部１１２２によって挟持され、ファン１１４０を支持する。図１４及び図１５に示すようにファン取付板１１３０には、ファン取付板１１３０を貫通する開口１１３１が設けられている。開口１１３１の形状や大きさは特に限定されない。
第１ケーシング１１１０と第２ケーシング１１２０によって形成される内部空間は、ファン取付板１１３０によって区画される。以下、図１４に示すように第１ケーシング１１１０とファン取付板１１３０によって形成される空間を内部空間Ｓ１とし、第２ケーシング１１２０とファン取付板１１３０によって形成される空間を内部空間Ｓ２とする。内部空間Ｓ１と内部空間Ｓ２は、ファン取付板１１３０に設けられた開口１１３１によって連通する。
ファン１１４０は、ファン取付板１１３０に固定され、開口１１３１に面する。ファン１１４０は気流を発生させることが可能な構成であればよく、例えば内蔵するモータによってプロペラを回転させるものとすることができる。
撹拌棒１１５０は、マルチウェルプレート３０のすべてのウェル３１に対応するようにマトリクス状に配置されている。撹拌棒１１５０は、図１３に示すように貫通孔１１１３、貫通孔１０４１、貫通孔１０２１及び貫通孔１０３１に挿通され、図１４に示すように各ウェル３１の内部に配置される。各撹拌棒１１５０は、それぞれ同一の構成を有し、複数のモータ１１６０にそれぞれ接続されている。
撹拌棒１１５０は、図１３に示すように、モータ１１６０に接続される軸部１１５１と、軸部１１５１の先端に形成されたパドル部１１５２とを有する。パドル部１１５２の形状や個数は特に限定されず、軸部１１５１の軸まわりの回転により所望とする溶液の撹拌機能が得られる種々の形態が採用可能である。
図１４に示すように、撹拌棒１１５０は、撹拌ユニット１０１０がマルチウェルプレート３０に取り付けられた状態において、各ウェル３１の内部に配置される。典型的には、各撹拌棒１１５０は、各ウェル３１の中心軸上に配置される。ウェル３１の底部からの撹拌棒１１５０の高さは特に限定されず、ウェル３１の大きさや溶液の量、種類等に応じて適宜設定され、典型的には、撹拌棒１１５０の先端がウェル３１の底部に接触しない高さに設定される。
モータ１１６０は、撹拌棒１１５０をその軸まわりに回転させる駆動部を構成する。モータ１１６０は、第１の実施形態と同様にパルス信号で駆動されるステッピングモータで構成されるが、これに限られず、例えば、シンクロナスモータ、ブラシレスＤＣモータ等の回転数を高精度に制御することが可能なモータが適用可能である。
各モータ１１６０は、回路基板１１８０に電気的に接続され、コントローラによって個別に制御可能に構成されている。各モータ１１６０は、同一の回転方向に同一の回転数（回転速度）で駆動されるが、これに限られず、回転方向、回転数をモータ毎に異ならせることも可能である。また、すべてのモータ１１６０は同時に起動されてもよいし、一部のモータ１１６０が選択的に起動されてもよい。
モータ押さえ板１１７０は、ネジ留め等によってモータ押さえ板支持部１１１６に支持され、モータ１１６０を固定する。図１６に示すようにモータ押さえ板１１７０はＸ方向に伸びる板状部材であり、複数のモータ押さえ板１１７０がＹ方向に平行となるように配列さる。
各モータ押さえ板１１７０は、Ｘ方向に配列する複数のモータ１１６０を固定する。各モータ１１６０は、モータ押さえ板１１７０にネジ留め等によって固定されている。なお、モータ押さえ板１１７０の形状や配列は特に限定されず、各モータ１１６０を第１ケーシング１１００に対して固定できるものであればよい。
回路基板１１８０は、コントローラに接続され、各モータ１１６０に駆動信号を供給する。回路基板１１８０は、Ｘ方向に配列する複数のモータ１１６０に電気的に接続され、複数の回路基板１１８０がＹ方向に平行に配列されている。回路基板１１８０の構成は特に限定されず、各モータ１１６０に個別の回路基板が接続されてもよく、全てのモータ１１６０が一つの回路基板に接続されてもよい。
回路基板１１８０は、モータ１１６０の駆動回路を含んでいてもよいが、実質的にモータ１１６０の接続のみを行い、撹拌ユニット１０１０の外部に駆動回路を配置してもよい。
［撹拌装置の動作］
次に、以上のように構成される撹拌装置５の典型的な動作について説明する。
図１２に示すように撹拌ユニット１０１０は、アタッチメント１０２０を介してマルチウェルプレート３０の上面３０１に載置され、これにより各撹拌棒１１５０がマルチウェルプレート３０の各ウェル３１の内部に配置される。
アタッチメント１０２０が備える当接部１０２２がマルチウェルプレート３０に当接して、アタッチメント１０２０がマルチウェルプレート３０に対して位置決めされる。また、撹拌ユニット１０１０が備える位置決めピン１１１５が、アタッチメント１０２０の位置決め穴１０２３に挿入され、撹拌ユニット１０１０がアタッチメント１０２０対して位置決めされる。これにより、撹拌ユニット１０１０がマルチウェルプレート３０に対して位置決めされる。
コントローラは、第１の実施形態と同様に、モータ１１６０に駆動パルス信号を出力し、撹拌対象溶液を収容するウェル３１に配置された撹拌棒１１５０を所定回転数（例えば３０００ｒｐｍ）で回転させる。典型的には、コントローラは、各撹拌棒１１５０を同一の回転数で回転させるが、ウェルごとに異なる回転数で撹拌棒１１５０を回転させてもよい。さらにコントローラは、各モータを同時に起動させてもよいし、各モータを所定の順序で起動させてもよい。
このとき、図１４に示すようにマルチウェルプレート３０の上面３０１とアタッチメント１０２０には第１シート部材１０３０が密着し、アタッチメント１０２０と第１ケーシング１１１０の主面部１１１１には第２シート部材１０４０が密着する。
これにより隣接する複数のウェル３１の間は第１シート部材１０３０、アタッチメント１０２０及び第２シート部材１０４０によって遮蔽され、撹拌によって生じる飛沫が他のウェル３１へ混入することが防止される。また、第１シート部材１０３０および第２シート部材１０４０によって各ウェル３１の気密性が向上し、これによりウェル３１内の溶液の蒸発が抑制される。
本実施形態においては、アタッチメント１０２０の当接部１０２２及び撹拌ユニット１０１０の位置決めピン１１１５によって、撹拌ユニット１０１０がマルチウェルプレート３０に対して位置決めされる。これにより各撹拌棒１１５０もまた各ウェル３１の内部に高い位置精度で配置される。複数の微小なウェルに対して複数の撹拌棒１１５０を一括的に位置決めできるため、各ウェルにおける溶液の撹拌処理の均一化を図ることができる。
また、各撹拌棒１１５０は、それぞれ個々のモータ１１６０により駆動されるため、各々の撹拌棒１１５０を最適かつ適切な駆動条件で回転させることができる。また、各モータ１１６０は、駆動パルスによって正確な回転数を実現できるステッピングモータで構成されているため、各ウェル３１における溶液の撹拌精度および撹拌効率を向上させることができる。
さらに、本実施形態においては、コントローラによってファン１１４０が駆動され、内部空間Ｓ２から開口１１３１を介して内部空間Ｓ１に流れる気流が発生する。また、第１ケーシング１１１０及び第２ケーシング１１２０にはそれぞれ通気口１１１４及び通気口１１２３が設けられている。このため、空気は撹拌ユニット１０１０の外部から通気口１１２３を介して内部空間Ｓ２に流入し、ファン１１４０によって内部空間Ｓ１に流れ、通気口１１１４を介して内部空間Ｓ１から撹拌ユニット１０１０の外部に排出される。
これにより、内部空間Ｓ１に収容されたモータ１１６０の周囲には、撹拌ユニット１０１０の外部から流入し、再び撹拌ユニット１０１０の外部に流出する気流が生じ、この気流によってモータ１１６０が冷却される
なお、ファン１１４０の排気の向きは上記の逆でもよい。この場合、空気は撹拌ユニット１０１０の外部から通気口１１１４を介して内部空間Ｓ１に流入し、ファン１１４０によって内部空間Ｓ２に流れ、通気口１１１４を介して内部空間Ｓ２から撹拌ユニット１０１０の外部に排出される。
このように、モータ１１６０の駆動時に発生する熱は、金属製の第１ケーシング１１１０及び第２ケーシング１１２０に対する熱伝導に加え、ファン１１４０よって生じる気流によっても冷却される。これにより、マルチウェルプレート３０への熱伝達を抑制し、ウェル３１内の溶液の蒸発あるいは熱による変質等を抑えることができる。
なお、通気口１１２３及び通気口１１１４は必ずしも設けられなくてもよく、例えば、ファン取付板１１３０の開口１１３１とは異なる位置に別の開口を設けてもよい。この場合、ファン１１４０によって内部空間Ｓ２から内部空間Ｓ１へ、開口１１３１を介して流入した空気は、当該別の開口を介して内部空間Ｓ２へ戻る。即ち、撹拌ユニット１０１０の内部を循環する気流が発生し、モータ１１６０が冷却される。
［モータ周辺構造について］
上述したモータ１１６０は、次のような周辺構造を有するものとすることができる。図１７は、モータ１１６０の周辺構造を示す断面図である。同図に示すように、モータ１１６０は、モータシャーシ１１６１、モータシャフト１１６２、軸受１１６３及び軸受１１６４を備える。
モータシャーシ１１６１は、モータの回転子及び固定子を格納しており、回転子にはモータシャフト１１６２が接続されている。軸受１１６３及び軸受１１６４はモータシャーシ１１６１に固定され、モータシャフト１１６２を回転可能に支持している。モータシャフト１１６２には、撹拌棒１１５０の軸部１１５１が接続されている。
第１ケーシング１１１０と第２シート部材１０４０の間には、封止シール１１９０が設けられている。封止シール１１９０は、シリコーンゴム等の耐熱性および耐薬品性を有する弾性材料からなり、開口１１９１を有する。開口１１９１は、封止シール１１９０の表裏を貫通し、モータシャフト１１６２より大きく、軸部１１５１より小さい開口径を有する。
この封止シール１１９０によって、撹拌対象液体と連通する空間（軸部１１５１の周囲）と軸受１１６３を隔離し、撹拌対象液体の飛沫及び蒸気の軸受１１６３への到達が防止されている。軸受１１６３及び軸受１１６４には、グリースを塗布することが望ましいが、封止シール１１９０によって封止することにより、撹拌対象液体の蒸気等による潤滑グリースの流出や劣化を防止することが可能である。
また、封止シール１１９０が、軸部１１５１と第２シート部材１０４０の隙間を封止することによって、軸受１１６３と第１ケーシング１１１０及び封止シール１１９０の間にグリース保持空間Ａ１が形成されている。グリース保持空間Ａ１に潤滑グリースを充填することにより、軸受１１６３を撹拌対象液体と連通する空間から隔離することができる。
さらに、軸受１１６４とモータ押さえ板１１７０の間にグリース保持空間Ａ２が形成されている。グリース保持空間Ａ２によって、軸受１１６４を外気から隔離することによって軸受１１６４の劣化を防ぐことができる。また、グリース保持空間Ａ２に潤滑グリースを充填し、軸受１１６４を外気から隔離してもよい。
このように、軸受１１６３及び軸受１１６４を撹拌対象液体や外気から隔離することによってこれらの軸受の劣化を防ぎ、モータ１１６０の寿命を延ばすことが可能である。
なお、封止シール１１９０の代わりに第１ケーシング１１１０を利用してもよい。図１８は、この場合のモータ１１６０の周辺構造を示す断面図である。同図に示すように、第１ケーシング１１１０に設けられた貫通孔１１１３は、モータシャフト１１６２より大きく、軸部１１５１より小さい開口径を有するものとすることができる。この構造では、第１ケーシング１１１０が、軸部１１５１と第２シート部材１０４０の隙間を封止することによってグリース保持空間Ａ１が形成され、軸受１１６３を撹拌対象液体と連通する空間から隔離することができる。
［モータの制御について］
モータ１１６０の駆動電流に関しては、運転時に最適なトルクを発生させつつ発熱を極力抑えられるものが望ましい。図１９は、コントローラによるモータ１１６０の駆動電流の制御例を示すグラフである。同図に示すように、コントローラは、標準電流値に対して有意に大きい大電流を切り替えて与えられるようにし、起動時、標準運転時にはそのduty比を変えられることが望ましい。
例えば図１９のａは、モータ１１６０の回転開始直後であり、例えば１０秒程度大電流を流すことによって回転開始時に高トルクを発生させ、撹拌棒１１５０の確実な回転が可能となる。
また、コントローラは、起動後は、駆動電流を標準電流とし（図中ｂ）、一定の間隔で駆動電流を大電流とする（図中ｃ）ことができる。駆動電流を標準電流とすることにより、
モータ１１６０が発生するトルクは小さくなるが、モータ１１６０の発熱を防止することができる。
また、一定の間隔で駆動電流を大電流とすることにより、モータ１１６０が発生するトルクを大きくし、撹拌棒１１５０の固形物への接触等によってモータが脱調してもすぐに回転を復帰させることが可能である。
パルス幅に関しては例えばｂ；９９９ｍｓｅｃ、ｃ； １ｍｓｅｃとすることができるが、状況によってduty比は適切に設定することができる。大電流の値は標準電流の２倍程度が好ましいがそれに限られず、状況によって適切に選択することができる。なお、このような電流制御は、本発明の他の実施形態においても同様にすることができる。
＜第６の実施形態＞
図２０は、本発明の第６の実施形態に係る撹拌装置６及びマルチウェルプレート３０の分解斜視図、図２１は撹拌装置６のＸ軸方向に沿った断面図、図２２は、撹拌装置６がマルチウェルプレート３０に取り付けられた状態におけるＸ軸方向に沿った断面図である。以下、第５の実施形態と異なる構成について主に説明し、上述の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
なお各図においてＸ軸およびＹ軸方向は相互に直交する水平方向を示し、Ｚ軸方向はこれらに直交する高さ方向を示している。
［全体構成］
図２０及び図２１に示すように、撹拌装置５は、撹拌ユニット２０１０及びシート部材２０２０を備える。また、撹拌装置６は、第１の実施形態と同様に図示しないコントローラを備える。
撹拌ユニット２０１０は、マルチウェルプレート３０に取り付け可能に構成される。撹拌ユニット２０１０は、マルチウェルプレート３０のウェル３１内に収容された溶液を撹拌するための複数の撹拌棒１１５０を有する。
本実施形態において撹拌ユニット２０１０は、マルチウェルプレート３０のウェルに対応する複数の撹拌棒１１５０を備えるが、これに限られず、少なくとも１つの撹拌棒を備えていればよい。
シート部材２０２０は、弾性材料からなるシート状の部材であり、撹拌ユニット２０１０とマルチウェルプレート３０の間に配置され、貫通孔２０２１を備える。貫通孔２０２１は、図２１に示すようにシート部材２０２０の表裏面を貫通する孔であり、マルチウェルプレート３０の各ウェル３１に対して一つずつが設けられている。
シート部材２０２０の構成材料は、耐熱性および耐薬品性を有し、マルチウェルプレート３０の上面３０１及び撹拌ユニット２０１０に弾性的に接触し得る材料であれば特に限定されず、典型的には、シリコーンゴムが挙げられる。
コントローラは、第１の実施形態と同様に、撹拌ユニット２０１０の駆動を制御するためのもので、撹拌ユニット２０１０に電気的に接続され、撹拌棒１１５０を駆動するモータの回転を個別にあるいは共通に制御するように構成される。
本実施形態においては、図２０に示すようにマルチウェルプレート３０に位置決めベース３０６が装着されている。位置決めベース３０６は、マルチウェルプレート３０に着脱可能であり、マルチウェルプレート３０の外周面に当接し、マルチウェルプレート３０に対して固定されている。
位置決めベース３０６には、位置決め穴３０７が設けられている。位置決め穴３０７の数や形状は特に限定されないが、位置決めベース３０６の周縁に４つが設けられるものとすることができる。位置決めベース３０６の構成材料は特に限定されず、例えば合成樹脂からなるものとすることができる。
［撹拌ユニット］
撹拌ユニット２０１０の詳細について説明する。撹拌ユニット２０１０は、第１ケーシング２１１０、第２ケーシング１１２０、ファン取付板１１３０、ファン１１４０、撹拌棒１１５０、モータ１１６０、モータ押さえ板１１７０及び回路基板１１８０を備える。第１ケーシング２１１０の以外の各構成は、第５の実施形態と同様であるので説明を省略する。
第１ケーシング２１１０は、例えばアルミニウム合金等の金属材料で構成される。第１ケーシング２１１０は、マルチウェルプレート３０の上面３０１と対向する主面部２１１１と、主面部２１１１から垂下する側壁部２１１２を備える。
主面部２１１１には、図２１に示すように複数の貫通孔２１１３が形成されている。各貫通孔２１１３は、主面部２１１１を貫通し、各貫通孔２１１３には撹拌棒１１５０が一つずつ挿通されている。
また、第１ケーシング２１１０は通気口２１１４を備える。通気口２１１４は、側壁部２１１２を貫通し、第１ケーシング２１１０の内外を連通させる。通気口２１１４の形状や数は特に限定されない。
側壁部２１１２には、図２０に示すように位置決めピン支持部２１１５が設けられている。位置決めピン支持部２１１５は側壁部２１１２からＹ方向に突出して形成されている。なお、位置決めピン支持部２２１５は、側壁部２１１２からＸ方向に突出して形成されてもよい。位置決めピン支持部２１１５には、位置決めピン２１１６が設けられている。
位置決めピン２１１６は、位置決めピン支持部２１１５からマルチウェルプレート３０に向けて突出し、図２０に示すように、位置決めベース３０６の位置決め穴３０７に挿通される。これにより、撹拌ユニット２０１０が位置決めベース３０６に対して位置決めされ、位置決めベース３０６を介してマルチウェルプレート３０に対して位置決めされる。
また、側壁部２１１２には、モータ押さえ板支持部２１１７が形成されている。モータ押さえ板支持部２１１７は、側壁部２１１２から収容空間内に突出し、モータ押さえ板１１７０を載置することが可能に構成されている。
［撹拌装置の動作］
次に、以上のように構成される撹拌装置６の典型的な動作について説明する。
図２０に示すように撹拌ユニット２０１０は、マルチウェルプレート３０の上面３０１に載置され、位置決めピン２１１６が位置決め穴３０７に挿入される。これにより、撹拌ユニット２０１０は、マルチウェルプレート３０に対して位置決めされ、各撹拌棒１１５０がマルチウェルプレート３０の各ウェル３１の内部に配置される。
このとき、図２２に示すように、マルチウェルプレート３０の上面３０１と第１ケーシング２１１０の主面部２１１１にはシート部材２０２０が密着する。
これにより隣接する複数のウェル３１の間はシート部材２０２０によって遮蔽され、撹拌によって生じる飛沫が他のウェル３１へ混入することが防止される。また、シート部材２０２０によって各ウェル３１の気密性が向上し、これによりウェル３１内の溶液の蒸発が抑制される。
本実施形態においては、撹拌ユニット２０１０の位置決めピン２１１６によって、撹拌ユニット２０１０がマルチウェルプレート３０に対して位置決めされる。これにより各撹拌棒１１５０もまた各ウェル３１の内部に高い位置精度で配置される。これにより複数の微小なウェルに対して複数の撹拌棒１１５０を一括的に位置決めできるため、各ウェルにおける溶液の撹拌処理の均一化を図ることができる。
さらに、第５の実施形態と同様に、本実施形態においては、コントローラによってファン１１４０が駆動され、内部空間Ｓ２から開口１１３１を介して内部空間Ｓ１に流れる気流が発生する。また、第１ケーシング２１１０及び第２ケーシング１１２０にはそれぞれ通気口２１１４及び通気口１１２３が設けられている。このため、空気は撹拌ユニット１０１０の外部から通気口１１２３を介して内部空間Ｓ２に流入し、ファン１１４０によって内部空間Ｓ１に流れ、通気口２１１４を介して内部空間Ｓ１から撹拌ユニット２０１０の外部に排出される。
これにより、内部空間Ｓ１に収容されたモータ１１６０の周囲には、撹拌ユニット２０１０の外部から流入し、再び撹拌ユニット２０１０の外部に流出する気流が生じ、この気流によってモータ１１６０が冷却される
なお、ファン１１４０の排気の向きは上記の逆でもよい。この場合、空気は撹拌ユニット１０１０の外部から通気口２１１４を介して内部空間Ｓ１に流入し、ファン１１４０によって内部空間Ｓ２に流れ、通気口２１１４を介して内部空間Ｓ２から撹拌ユニット２０１０の外部に排出される。
このように、モータ１１６０の駆動時に発生する熱は、金属製の第１ケーシング２１１０及び第２ケーシング１１２０に対する熱伝導に加え、ファン１１４０よって生じる気流によっても冷却される。これにより、マルチウェルプレート３０への熱伝達を抑制し、ウェル３１内の溶液の蒸発あるいは熱による変質等を抑えることができる。
なお、通気口１１２３及び通気口２１１４は必ずしも設けられなくてもよく、例えば、ファン取付板１１３０の開口１１３１とは異なる位置に別の開口を設けてもよい。この場合、ファン１１４０によって内部空間Ｓ２から内部空間Ｓ１へ、開口１１３１を介して流入した空気は、当該別の開口を介して内部空間Ｓ２へ戻る。即ち、撹拌ユニット１０１０の内部を循環する気流が発生し、モータ１１６０が冷却される。なお、本実施系形態においても、第５の実施形態と同様のモータ周辺構造を有するものとすることができる。
１，２，３，４，５，６…撹拌装置
１０，４０，６０，７０，１０１０，２０１０…撹拌ユニット
１１，１１５０…撹拌棒
１２，１１６０…モータ
１５，１０３０，１０４０，２０２０…シート部材
１６，６１０，７１０，１０２０、１１１５，２１１６…装着部
２０…コントローラ
３０…マルチウェルプレート
３１…ウェル
５０…枠体
１００，４００，６００，７００，１１１０，１１２０，２１１０…ケーシング
１０１，４０１，６０１，７０１，１１１１，２１１１…主面部
６１２…係合突部

Claims (16)

  1. マルチウェルプレートに取り付け可能に構成された撹拌装置であって、
    金属材料からなり、前記マルチウェルプレートの上面に対向する主面部と、前記マルチウェルプレートのウェルにそれぞれ連通する複数の孔を有するケーシングと、
    前記複数の孔のそれぞれを介して前記主面部から前記マルチウェルプレートのウェルに向かって突出する複数の撹拌棒と、
    前記ケーシングに配置され、前記撹拌棒をその軸まわりに回転させる駆動部と、
    前記ケーシングに設けられ、前記マルチウェルプレートに装着されることで前記ケーシングを前記マルチウェルプレートに位置決めする装着部と、
    前記ケーシングの内部空間に配置されたファンと
    を具備し、
    前記駆動部は、前記内部空間に配置され、前記複数の撹拌棒に各々取り付けられ、前記複数の孔にそれぞれ収容された複数のモータを含む
    撹拌装置。
  2. 請求項１に記載の撹拌装置であって、
    前記撹拌棒は、複数の撹拌棒を含み、
    前記装着部は、前記マルチウェルプレートに装着されることで、前記複数の撹拌棒を前記マルチウェルプレートの所定の複数のウェル内に各々位置決めする
    撹拌装置。
  3. 請求項２に記載の撹拌装置であって、
    前記撹拌棒は、前記マルチウェルプレートのすべてのウェルに対応して配置された複数の撹拌棒を含む
    撹拌装置。
  4. 請求項２に記載の撹拌装置であって、
    前記撹拌棒は、前記マルチウェルプレートの所定の列に属する複数のウェルに対応して配置された複数の撹拌棒を含む
    撹拌装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の撹拌装置であって、
    前記装着部は、
    前記マルチウェルプレートを収容可能に構成された空間部と、
    前記空間部に収容された前記マルチウェルプレートの外周面または外周面の一部と接触する係合面とを含む
    撹拌装置。
  6. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の撹拌装置であって、
    前記装着部は、前記マルチウェルプレートの所定の複数のウェルに各々係合するように構成された複数の係合突部を含む
    撹拌装置。
  7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の撹拌装置であって、
    前記主面部に設けられ、前記マルチウェルプレートの上面に弾性的に接触可能なシート部材をさらに具備する
    撹拌装置。
  8. 請求項１に記載の撹拌装置であって、
    前記複数のモータの駆動を個別に制御するように構成されたコントローラをさらに具備する
    撹拌装置。
  9. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の撹拌装置であって、
    前記装着部は、前記ケーシングに対して分離可能に構成された枠体であり、
    前記枠体は、前記ケーシングの外周部と前記マルチウェルプレートの外周部とにそれぞれ係合可能な内周面を有する
    撹拌装置。
  10. 請求項１に記載の撹拌装置であって、
    前記撹拌装置は、前記内部空間を、前記駆動部を収容する第１の内部空間と、前記ファンを収容する第２の内部空間に区画し、前記第１の内部空間と前記第２の内部空間を連通させる開口を有するファン取付板をさらに具備し、
    前記ファンは、前記開口を介して前記第１の内部空間と前記第２の内部空間の間を流れる気流を生じさせる
    撹拌装置。
  11. 請求項１０に記載の撹拌装置であって、
    前記ケーシングは、前記第１の内部空間と前記ケーシングの外部空間を連通させる第１の通気孔と、前記第２の内部空間と前記外部空間を連通させる第２の通気孔を有する
    撹拌装置。
  12. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の撹拌装置であって、
    前記装着部は、前記ケーシングに対して分離可能に構成されたアタッチメントである
    撹拌装置。
  13. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の撹拌装置であって、
    前記装着部は、前記マルチウェルプレートに装着された位置決め部材を介して前記マルチウェルプレートに装着される
    撹拌装置。
  14. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の撹拌装置であって、
    前記撹拌装置は、前記主面部に弾性的に接触するシート部材をさらに具備し、
    前記駆動部は、回転子及び固定子を収容するシャーシと、前記回転子に接続された回転軸と、前記シャーシに固定され、前記回転軸を回転可能に支持する軸受とを備え、
    前記撹拌棒は、前記回転軸に接続され、
    前記撹拌装置は、前記シート部材と前記撹拌棒の隙間を封止する封止シールをさらに具備する
    撹拌装置。
  15. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の撹拌装置であって、
    前記撹拌装置は、前記主面部に弾性的に接触するシート部材をさらに具備し、
    前記駆動部は、回転子及び固定子を収容するシャーシと、前記回転子に接続された回転軸と、前記シャーシに固定され、前記回転軸を回転可能に支持する軸受とを備え、
    前記撹拌棒は、前記回転軸に接続され、
    前記ケーシングは、前記シート部材と前記撹拌棒の隙間を封止する
    撹拌装置。
  16. 請求項１〜７及び９〜１５のいずれか１つに記載の撹拌装置であって、
    前記撹拌装置は、前記駆動部を制御するコントローラをさらに具備し、
    前記コントローラは、前記駆動部の回転開始時には、一定時間第１のトルクを発生するように前記駆動部を制御し、前記一定時間の経過後には、前記第１のトルクより小さい第２のトルクと前記第１のトルクを交互に発生するように前記駆動部を制御する
    撹拌装置。
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