JP6714986B2 - シリンジ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリンジ駆動装置に関し、例えば誘電泳動を用いた微生物検出装置に好適である。

例えば飲料メーカーにおいて、菌、酵母等の微生物の検出は専ら培養法によっている。この培養法では、シャーレに寒天培地を設け、その表面に微生物を塗布等して所定温度で保持し、微生物を検出できるまで増殖させる。そのため、微生物の検出作業に多大な時間及び労力を費やすことを余儀なくされ、即時的なモニタリングには適さないといった不具合があった。

かかる不具合のない誘電泳動を用いて微生物を検出する方法について種々の研究がなされている。例えば特許文献１では、誘電体微粒子（微生物）を含む試料液を、試料液保持部からセルを通じて送液ポンプで吸引し、試料液中の誘電体微粒子を前記セル内の誘電泳動電極に捕集し、その後、誘電泳動電極にリリース液を貫流して、誘電泳動電極によって捕集された誘電体微粒子を濃縮して回収することが開示されている。

これによれば、濃縮された誘電体微粒子を標的菌として回収することが容易にできる。また、誘電泳動電極上に捕集された誘電体微粒子は、ＣＣＤカメラ、光学顕微鏡等によるリアルタイム観察が可能であり、誘電体微粒子の代謝活性状態をリアルタイムで観察することができると記載されている。

しかし、上記従来技術では、送液ポンプによる吸引量の変動により、セル中を流れる試料液の流量が一定しないという問題があった。これでは、誘電泳動電極が配置される微小流路に試料液を安定的に流すことが困難であり、その結果、誘電体微粒子を誘電泳動電極上に捕集することが困難であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、微小流路に流体を安定的に流すことのできるシリンジ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明は、流体を収容し、この流体を流すべき微小流路に接続される筒体と、前記筒体の内部を摺動可能なガスケットと、前記ガスケットに連なるプランジャとを有するシリンジを駆動するシリンジ駆動装置であって、前記筒体を着脱可能に保持する筒体保持部と、前記筒体保持部によって保持された前記筒体に対して、前記プランジャを駆動するプランジャ駆動部とを備え、前記プランジャ駆動部は、前記筒体保持部によって保持された前記筒体に対して、前記プランジャを押し引き可能であり、前記プランジャを押すことで、前記筒体から前記微小流路に流体を移動させ、前記プランジャを引くことで、前記微小流路から前記筒体に流体を移動させ、前記プランジャ駆動部は、前記プランジャを着脱可能に保持するプランジャ保持部を有し、前記プランジャ保持部を駆動することで、前記プランジャを駆動し、前記筒体保持部によって前記筒体が保持された状態で、前記プランジャ駆動部によって、前記プランジャ保持部が、前記プランジャに対して離反した位置から、前記筒体に対する前記プランジャの前進方向に移動されることで、前記プランジャ保持部が前記プランジャに装着される、シリンジ駆動装置に係るものである。

本発明によれば、前記筒体を着脱可能に保持する筒体保持部と、前記筒体保持部によって保持された前記筒体に対して、前記プランジャを駆動するプランジャ駆動部とを備え、前記プランジャ駆動部は、前記筒体保持部によって保持された前記筒体に対して、前記プランジャを押し引き可能であり、前記プランジャを押すことで、前記筒体から前記微小流路に流体を移動させ、前記プランジャを引くことで、前記微小流路から前記筒体に流体を移動させ、前記プランジャ駆動部は、前記プランジャを着脱可能に保持するプランジャ保持部を有し、前記プランジャ保持部を駆動することで、前記プランジャを駆動するので、微小流路に流体を安定的に流すことができる。さらに、前記筒体保持部によって前記筒体が保持された状態で、前記プランジャ駆動部によって、前記プランジャ保持部が、前記プランジャに対して離反した位置から、前記筒体に対する前記プランジャの前進方向に移動されることで、前記プランジャ保持部が前記プランジャに装着される。

請求項２記載の発明のように、前記筒体に対する前記プランジャの進退方向に直交する方向に前記シリンジが移動されることで、前記筒体保持部から前記筒体が離脱されるとともに、前記プランジャ保持部から前記プランジャが離脱されることが好ましい。

請求項２記載の発明によれば、前記筒体に対する前記プランジャの進退方向に直交する方向に前記シリンジが移動されることで、前記筒体保持部から前記筒体が離脱されるとともに、前記プランジャ保持部から前記プランジャが離脱されるので、ワンタッチでシリンジを離脱できて便利である。

請求項３記載の発明のように、前記プランジャ保持部が前記プランジャに装着されているか否かを検出する装着検出部と、前記装着検出部による検出結果に基づいて前記プランジャ駆動部を制御する制御部とをさらに備えることが好ましい。

請求項３記載の発明によれば、前記プランジャ保持部が前記プランジャに装着されているか否かを検出する装着検出部と、前記装着検出部による検出結果に基づいて前記プランジャ駆動部を制御する制御部とをさらに備えるので、プランジャの押圧開始を自動化できる。

本発明によれば、前記筒体を着脱可能に保持する筒体保持部と、前記筒体保持部によって保持された前記筒体に対して、前記プランジャを駆動するプランジャ駆動部とを備え、前記プランジャ駆動部は、前記筒体保持部によって保持された前記筒体に対して、前記プランジャを押し引き可能であり、前記プランジャを押すことで、前記筒体から前記微小流路に流体を移動させ、前記プランジャを引くことで、前記微小流路から前記筒体に流体を移動させ、前記プランジャ駆動部は、前記プランジャを着脱可能に保持するプランジャ保持部を有し、前記プランジャ保持部を駆動することで、前記プランジャを駆動するので、微小流路に流体を安定的に流すことができる。さらに、前記筒体保持部によって前記筒体が保持された状態で、前記プランジャ駆動部によって、前記プランジャ保持部が、前記プランジャに対して離反した位置から、前記筒体に対する前記プランジャの前進方向に移動されることで、前記プランジャ保持部が前記プランジャに装着される。

本発明の一実施形態に係る微生物検出装置の外観を示す斜視図である。 本装置の内部構成を示す斜視図である。 シリンジまわりを示す斜視図である。 シリンジまわりを示す正面図である。 基板まわりを示す平面図である。 本装置の制御系を示すブロック図である。 本装置の動作例を示すフローチャートである。 シリンジのセット前の状態を示す正面図である。 シリンジのセット中の状態（１）を示す正面図である。 シリンジのセット中の状態（２）を示す正面図である。 シリンジのセット後の状態を示す正面図である。 基板のセット前の状態を示す斜視図である。 基板のセット後の状態を示す斜視図である。

本発明は、流体を収容し、この流体を流すべき微小流路に接続される筒体と、前記筒体の内部を摺動可能なガスケットと、前記ガスケットに連なるプランジャとを有するシリンジを駆動するシリンジ駆動装置であって、前記筒体を保持する筒体保持部と、前記筒体保持部によって保持された前記筒体に対して、前記プランジャを駆動するプランジャ駆動部とを備える、シリンジ駆動装置に係るものである。以下、このシリンジ駆動装置を含む微生物検出装置を例にとって説明する。図１は本発明の一実施形態に係る微生物検出装置１の外観を示す斜視図、図２はその内部構成を示す斜視図、図３はシリンジ３まわりを示す斜視図、図４はシリンジ３まわりを示す正面図、図５は基板２まわりを示す平面図である。なお、図１，図２中の符号Ｘが装置前方の操作側を示している。

図１，図２に示すように、本発明の一実施形態に係る微生物検出装置（シリンジ駆動装置を含む。以下、本装置という。）１は、基板２と、シリンジ３と、光学顕微鏡４とを、共通の筐体５内に互いに近接させて配置したものであって、筐体５内の操作側から向って左側に立設されたシリンジ３から、筐体５内の底部付近において挿脱可能に横設された基板２に、試料液（流体に相当する。）を供給し、基板２において試料液の通過中に、試料液に交流電場を印加することにより、この試料液に含まれる微生物を誘電泳動させて、筐体５内の操作側から向って右側に立設された光学顕微鏡４で撮像可能となるように構成されている。

筐体５は、箱型の本体５１と、本体５１の操作側（前）から上下方向にスイングして開閉させるように設けられた半透明の開閉扉５２と、本体５１の上部左右両側に設けられた持ち運び用の把持部５３とを備えている。本体５１の内部には、各構成要素２〜４の支持部２４，３３，４１が、該各構成要素２〜４同士を互いに近接させるように配置されている。

シリンジ３は、図３，図４に示すように、先端側が段部３１１をなして縮径され、基端側に第一鍔部３１２を備えた筒体（狭義のシリンジ）３１と、この筒体３１の内部を摺動可能なガスケット３２１と、このガスケット３２１に連なり、基端側に第二鍔部３２２を備えたプランジャ３２とを有する構造である。それらの材質はプラスチック、ガラス、ゴムなどである。

シリンジ３の支持部３３は、基板２の支持部２４上に立設された角筒状の第一部材３３０ａを有する。第一部材３３０ａの内部には、第一部材３３０ａの内壁に沿って昇降可能な第二部材３３０ｂが設けられる。第一部材３３０ａには、この第一部材３３０ａを昇降させる操作レバー３０３（図８および図１１参照）が設けられる。第一部材３３０ａの前壁の下側から中間付近に向かって、シリンジ３の段部３１１を受ける第三部材３３１と、シリンジ３の筒体３１を弾性的に挟み込む第四部材（筒体保持部に相当する。）３３２と、シリンジ３の第一鍔部３１２を受ける第五部材３３３とが固定されている。そして、シリンジ３を縦向きにして前後方向（筒体３１に対するプランジャ３２の進退方向と直交する方向）に移動することで、第四部材３３２などに着脱自在となっている。

また、第二部材３３０ｂには、シリンジ３のプランジャ３２を着脱自在に把持する機構としてのフック（プランジャ保持部に相当する。）３００を支持する第六部材３３４が、第一部材３３０ａの前壁の上側から中間付近にかけて開けられた開口部３３５を介して固定されている。これにより、シリンジ３全体を操作側から着脱自在に取り付けた後、筒体３１を移動しないように固定して、プランジャ３２だけを昇降させることができるようになっている。

フック３００は、その本体内の左右両側に回動自在に設けられ、それぞれバネ３００ｂで弾性付勢された爪部３００ａの開閉動作を行うものである。そして、プランジャ３２を上下方向（筒体３１に対するプランジャ３２の前進方向）に移動することで、プランジャ３２の第二鍔部３２２が爪部３００ａに当接して、プランジャ３２を自動的に把持するようになっている。

シリンジ３の支持部３３には、プランジャ３２を駆動するプランジャ駆動部３０２が設けられる。プランジャ駆動部３０２は、フック３００を昇降させることで、支持部３３の第四部材３３２などで縦向きに固定されたシリンジ３の筒体３１に対してプランジャ３２を押し引き可能であり、プランジャ３２を押すことで、筒体３１から基板２への給液を行い、プランジャ３２を引くことで、基板２から筒体３１に残液を回収できるようになっている。

プランジャ駆動部３０２は、前記フック３００を有し、フック３００を駆動することで、プランジャ３２を駆動する。プランジャ駆動部３０２は、前記フック３００に加えて、モータと、前記第二部材３３０ｂと、モータの回転運動を第二部材３３０ｂの昇降運動に変換するボールねじ機構とを有する。モータは、シリンジ３による微小量でかつ連続的な給液を可能とするパルスモータである。モータおよびボールねじ機構は、第一部材３３０ａの内部に設けられる。モータを回転させることで、第二部材３３０ｂが昇降する。第二部材３３０ｂの昇降に伴い、第六部材３３４を介して第二部材３３０ｂに固定されているフック３００が昇降し、フック３００に把持されているプランジャ３２が昇降する。

フック３００には、フック３００の本体を貫通して、プランジャ３２の第二鍔部３２２に当接可能な当接部３０１ａと、当接部３０１ａに対してプランジャ３２の第二鍔部３２２とは反対側に配置されるロードセル３０１（装着検出部、当接検出部、押圧力検出部に相当する。）とが設けられる。そして、モータの駆動によりフック３００が下降して、プランジャ３２の第二鍔部３２２に当接部３０１ａが当接したときに感知された押圧力の大きさに基づいて、フック３００にプランジャ３２が装着されているか否かと、プランジャ３２の押圧開始位置と、プランジャ３２の押切位置とを検出できるようになっている。

基板２は、図５に示すように、試料液を通過させるプレパラート２１と、通過中の試料液に交流電圧を印加して、その試料液中の微生物を誘電泳動させる電極２２とを備えている。

プレパラート２１は、平面視で長方形をなす透明基材の上面に長尺方向の溝部（微小流路に相当する。）２１３が設けられており、この溝部２１３を覆う透明カバーの長尺方向の両端側に液入口２１１と液出口２１２とが形成されている。液入口２１１には、シリンジ３の段部３１１を挿入可能な短管が立設され、液出口２１２には、廃液チューブ２１４を接続するための開口孔が形成されている。それらの材質はプラスチック、ガラスなどである。溝部２１３の寸法形状は、通過する試料液の最大流量に応じて設定されている。

電極２２は、溝部２１３の底にニッケルなどの導電性材料をスパッタリングして、櫛形に形成されている。プレパラート２１は、１〜２回程度利用してから廃棄されるものであるが、そこに供給された試料液の残液を回収して分析できるようにもなっている。

基板２の支持部２４は、その上面に設置されて、プレパラート２１を弾性的に押圧して保持する保持板（流体素子保持部に相当する。）２３１と、電極２２を、図６に示す交流電源（電圧発生部に相当する。）８から給電可能に保持する電極支持板（接続部に相当する。）２３とを備えている。電極２２は、基板２の一箇所に集約されて配置される複数の端子（素子側端子に相当する。）２２１を有し、電極支持板２３は、複数の端子２２１の各々に対応し、複数の端子２２１の各々に電気的に接続される複数の端子（接続部側端子）２３２を有している。

保持板２３１は、可撓性材料からなり、平面視でプレパラート２１よりも同幅ではあるが若干長尺の本体において、中央後部と、左右前側と、それらの中間前側とが大きく切り欠かれた異形をなしている。中央後部の切り欠きは、電極２２の配置された光学顕微鏡４の観察範囲に対応し、左右前側の切り欠きは、液入口２１１と液出口２１２とに対応している。保持板２３１の左右両端は、プレパラート２１を挿入するための間隙を設けて、支持部２４に固定されている。そして、プレパラート２１を支持部２４上でスライド変位させて、前記間隙に挿入し、或いは、前記間隙から脱出させることで、保持板２３１に対してプレパラート２１を着脱可能となっている。

電極支持板２３は、保持板２３１によって保持されたプレパラート２１に対して、そのプレパラート２１の装着方向の奥側に配置されるように、保持板２３１の中央後部の切り欠きに後方から嵌合されて、そこに固定される。そして、保持板２３１と支持部２４との間隙にプレパラート２１を挿入したときに、プレパラート２１の中央後部に配置される電極２２の複数の端子２２１に、電極支持板２３の複数の端子２３２が弾性的に当接して、交流電源８から電極２２へ給電できるようになっている。

光学顕微鏡４は、図２に示すように、撮像データを出力可能なカメラ（ＣＣＤカメラ）４０１を備えている。光学顕微鏡４の支持部４１は、シリンジ３の支持部３３と並んで、支持部２４に立設されている。そして、各調整ダイヤル４０２，４０３，４０４を適宜回すことにより、この光学顕微鏡４をカメラ４０１とともに、前後・左右・上下方向の三次元で位置調整可能となっている。また、基板２のプレパラート２１の中央下方に設けたライト（不図示）を点灯することにより、光学顕微鏡４のカメラ４０１での鮮明な撮像画像が得られるようになっている。

図６は本装置１の制御系を示すブロック図である。本装置１の制御系は、図６に示すように、コントローラ（制御部に相当する。）６と、パーソナルコンピュータ（以下、パソコンと略す）７と、交流電源８とを備えている。コントローラ６は、ロードセル３０１からの検出信号に基づいて、フック３００にプランジャ３２が装着されているか否か、プランジャ３２の押圧開始位置か否か、プランジャ３２の押切位置か否かを判断して、モータの制御を行うとともに、交流電源８から電極２２への給電を制御するものであって、この給電電圧と周波数とを所定範囲で調整して、プレパラート２１の溝部２１３を通過する試料液中の微生物を誘電泳動させることにより、電極２２で捕集するようになっている。光学顕微鏡４は、電極２２で捕集された微生物の画像を拡大して、その画像をカメラ４０１で撮像するようになっている。パソコン７は、光学顕微鏡４のカメラ４０１から出力された撮像データを画面上に動画あるいは静止画（写真）として表示するようになっている。

図７は本装置１の動作例を示すフローチャート、図８はシリンジ３のセット前の状態を示す正面図、図９はシリンジ３のセット中の状態（１）を示す正面図、図１０はシリンジ３のセット中の状態（２）を示す正面図、図１１はシリンジ３のセット後の状態を示す正面図、図１２は基板２のセット前の状態を示す斜視図、図１３は基板２のセット後の状態を示す斜視図である。なお、シリンジ３内には予め所定量の試料液が吸引されて保持されているものとする。

図７に示すように、まず本装置１の筐体５内に、基板２とシリンジ３とがそれぞれセットされる（ステップＳ１）。ここでは、筐体５の操作側（前）にある開閉扉５２を開けて、その底部の支持部２４の所定位置に基板２のプレパラート２１を水平状態で取り付ける。具体的には、図１２，図１３に示すように、プレパラート２１を支持部２４上でスライド変位させて、保持板２３１と支持部２４との間隙にプレパラート２１を挿入する。このとき、プレパラート２１の中央後部に配置される電極２２の複数の端子２２１に、電極支持板２３の複数の端子２３２が弾性的に当接して、交流電源８から電極２２へ給電できるようになる。

ついで、左側の支持部３３に、シリンジ３を取り付ける。具体的には、図８〜図１１に示すように、シリンジ３を縦向きにして、操作側（前）から奥側（後）に移動させることで、第四部材３３２などに装着する。そして、操作レバー３０３を押し下げる。このとき、シリンジ３の支持部３３とともにシリンジ３全体が下降し、シリンジ３の先端の段部３１１が基板２の液入口２１１に挿入される。基板２の液出口２１２には、廃液チューブ２１４を取り付け、その先端を図外の回収タンクに接続する。光学顕微鏡４は、カメラ４０１とともに、予め三次元で位置調整しているものとする。

ついで、モータでシリンジ３のプランジャ３２の押圧を開始し（ステップＳ２）、ロードセル３０１で感知するまでプランジャ３２を押圧する（ステップＳ３）。このとき、フック３００が下降し、フック３００の爪部３００ａにシリンジ３のプランジャ３２の第二鍔部３２２が当接する。すると、この爪部３００ａがバネ３００ｂの弾性付勢力に抗して左右に開き、第二鍔部３２２を挟持した後に閉じる。このようにして、フック３００でシリンジ３のプランジャ３２を把持する。ロードセル３０１でプランジャ３２を感知した後は、モータでプランジャ３２を押圧し続けることにより、基板２内に試料液を微小量で連続的に給液する（ステップＳ４）。

光学顕微鏡４のカメラ４０１での撮像画像を、パソコン７の画面で確認しながら、基板２の電極２２に印加される交流電源８の電圧と周波数とを適宜調整することにより、誘電泳動現象により、試料液中の微生物の捕集を行う（ステップＳ５）。そして、ロードセル３０１でプランジャ３２の押切を感知すると、その押圧をストップして（ステップＳ６）、作業を終了するが、必要に応じて、モータを逆回転させることにより、基板２内の残液をシリンジ３内に回収して微生物の分取をすることもできる。その後、ステップＳ１と逆手順で、基板２とシリンジ３とを筐体５から取り出してから、開閉扉５２を閉める。以上の操作は、いずれもワンタッチでの片手操作でもって行うことができる。

以上説明したように、本装置１によれば、シリンジ３の筒体３１を保持する第四部材３３２と、この第四部材３３２によって保持された筒体３１に対して、シリンジ３のプランジャ３２を駆動するプランジャ駆動部３０２とを備えるので、基板２の溝部２１３に試料液を安定的に流すことができる。

なお、上記実施形態では、シリンジ３の段部３１１を、基板２の液入口２１１の短管に挿入しているが、液入口の２１１を開口孔だけにして、パッキン入り連結部を介して段部３１１を押圧するようにしてもよい。その場合は、短管を取りやめることにより、プレパラート２１を、より多く重ねて包装箱内に収納できて便利である。

また、上記実施形態では、フック３００にシリンジ３のプランジャ３２が装着されているか否かと、シリンジ３のプランジャ３２の押圧開始位置および押圧停止位置とを１つのロードセル３０１で感知するようにしているが、他の種類のセンサを用いることとしてもよい。

また、上記実施形態では、電極２２とシリンジ３との制御はコントローラ６で行い、パソコン７は光学顕微鏡４のカメラ４０１での撮像画像を表示するだけとしているが、すべての制御をパソコン７で総合的に行うようにしてもよい。

また、上記実施形態では、基板２とシリンジ３とに保有された試料液の温度制御を行っていないが、必要な場合には、それらの温度制御を行う機構を備えてもよい。

また、上記実施形態では、微生物検出装置を例示しているが、本発明に係る流体供給装置および流体観察装置は、これに限定されず、例えば医療分野、半導体製造分野などさらに広い分野にも適用できるのはもちろんである。

１ 微生物検出装置（シリンジ駆動装置を含む。）
２ 基板
２１ プレパラート
２１１ 液入口
２１２ 液出口
２１３ 溝部（微小流路に相当する。）
２２ 電極
２２１ 端子
２３ 電極支持板
２３１ 保持板
２３２ 端子
２４ 支持部
３ シリンジ
３００ フック（プランジャ保持部に相当する。）
３０１ ロードセル（装着検出部、当接検出部、押圧力検出部に相当する。）
３０１ａ 当接部（プランジャ当接部に相当する。）
３０２ プランジャ駆動部
３０３ 操作レバー
３１ 筒体
３１１ 段部
３１２ 第一鍔部
３２ プランジャ
３２１ ガスケット
３２２ 第二鍔部
３３ 支持部
３３２ 第四部材（筒体保持部に相当する。）
４ 光学顕微鏡
４０１ カメラ
４１ 支持部
５ 筐体
６ コントローラ（制御部に相当する。）
７ パソコン
８ 交流電源

特許第４５４８７４２号の特許公報

Claims (3)

1. 流体を収容し、この流体を流すべき微小流路に接続される筒体と、前記筒体の内部を摺動可能なガスケットと、前記ガスケットに連なるプランジャとを有するシリンジを駆動するシリンジ駆動装置であって、
   前記筒体を着脱可能に保持する筒体保持部と、
   前記筒体保持部によって保持された前記筒体に対して、前記プランジャを駆動するプランジャ駆動部とを備え、
   前記プランジャ駆動部は、前記筒体保持部によって保持された前記筒体に対して、前記プランジャを押し引き可能であり、前記プランジャを押すことで、前記筒体から前記微小流路に流体を移動させ、前記プランジャを引くことで、前記微小流路から前記筒体に流体を移動させ、
   前記プランジャ駆動部は、前記プランジャを着脱可能に保持するプランジャ保持部を有し、前記プランジャ保持部を駆動することで、前記プランジャを駆動し、
   前記筒体保持部によって前記筒体が保持された状態で、前記プランジャ駆動部によって、前記プランジャ保持部が、前記プランジャに対して離反した位置から、前記筒体に対する前記プランジャの前進方向に移動されることで、前記プランジャ保持部が前記プランジャに装着される、シリンジ駆動装置。
2. 前記筒体に対する前記プランジャの進退方向に直交する方向に前記シリンジが移動されることで、前記筒体保持部から前記筒体が離脱されるとともに、前記プランジャ保持部から前記プランジャが離脱される、請求項１記載のシリンジ駆動装置。
3. 前記プランジャ保持部が前記プランジャに装着されているか否かを検出する装着検出部と、
   前記装着検出部による検出結果に基づいて前記プランジャ駆動部を制御する制御部とをさらに備える、請求項１または２記載のシリンジ駆動装置。

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