JP7142829B2 - 分注システム及び分注方法 - Google Patents
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Description
開示の実施形態は、分注システム及び分注方法に関する。
特許文献1には、分注ロボット及び制御コンピュータを備えた液体処理ワークステーションが記載されている。制御コンピュータは、分注ロボットに対して、ピペットを用いて液体試料の吸引、混合、分配等の動作を実行させる。
上記従来技術においては、ユーザが入力手段を用いてピペットの選択、分注位置の選択、液体パラメータの規定等を行うため、ユーザの作業負担が大きいという課題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ユーザの作業負担を軽減することが可能な分注システム及び分注方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、容器の内容物に関わる分注作業を行う自動分注機と、前記内容物の濃度の計測データを取得する計測データ取得部と、前記計測データに基づいた分注動作を前記自動分注機に実行させる分注動作実行部と、前記内容物に含まれる物質の目標物質量を取得する目標物質量取得部と、前記計測データと前記目標物質量に基づいて、前記目標物質量の前記物質が前記容器から抽出されるように前記内容物の第2分注量を算出する第2分注量算出部と、を有し、前記分注動作実行部は、前記第2分注量の前記内容物を前記容器から他の容器に分注する前記分注動作を前記自動分注機に実行させる分注システムが適用される。
また、本発明の別の観点によれば、容器の内容物に関わる分注作業を自動分注機に行わせる分注方法であって、前記内容物の濃度の計測データを取得することと、前記計測データに基づいた分注動作を前記自動分注機に実行させることと、前記内容物に含まれる物質の目標物質量を取得することと、前記計測データと前記目標物質量に基づいて、前記目標物質量の前記物質が前記容器から抽出されるように前記内容物の第2分注量を算出することと、を有し、前記分注動作を前記自動分注機に実行させることは、前記第2分注量の前記内容物を前記容器から他の容器に分注する前記分注動作を前記自動分注機に実行させることを有する分注方法が適用される。
本発明によれば、ユーザの作業負担を軽減することが可能な分注システム及び分注方法を提供できる。
以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
<1.分注システムの概略構成>
まず、図1を用いて、本実施形態の分注システムの概略的な全体構成の一例について説明する。
まず、図1を用いて、本実施形態の分注システムの概略的な全体構成の一例について説明する。
図1に示すように、分注システム1は、ロボット2と、ロボットコントローラ3と、上位コントローラ4とを有しており、計測器5の計測データに基づいて分注を行う。
ロボット2(自動分注機の一例)は、容器の内容物に関わる分注作業を行う。本実施形態では、容器の一例として、マイクロプレート(マルチプレートとも称される)を用いる場合について説明する。ロボット2は、2本のロボットアームを有する双腕ロボットであり、アーム先端部2aには、エンドエフェクタとしてグリッパ型のハンド7が装着されている。ハンド7は、分注作業に使用する電動ピペット8(ピペットの一例)を把持している。ロボット2は、当該ロボット2等を基準に設定された作業空間座標XYZ中におけるハンド7や電動ピペット8の位置制御及び姿勢制御が可能となっている。ロボット2の周囲には作業テーブル6が配置されており、作業テーブル6の上面にはマイクロプレート10を含む複数の分注器具9が所定の位置に配置されている。
なお、ロボット2は、双腕ロボットに限らず、複数の関節軸(例えば6軸)を備えた単腕型の垂直多関節型ロボットや水平多関節型(スカラー式)等、他の型式のロボットでもよい。また、ロボット以外の自動で分注ができる装置を用いてもよい。例えば、マイクロプレート10に対しX軸方向に移動可能に設けられたX方向バーと、Y軸方向に移動可能に設けられたY方向バーとを備え、Y方向バーに電動ピペット8をZ方向に移動可能に取り付けた分注専用機等を用いてもよい。
計測器5は、マイクロプレート10に収容された内容物の特性を計測する。この例では、計測器5は例えば分光光度計であり、内容物の特性として例えば濃度(特性の一例)を吸光光度法によって計測する。濃度の計測は、マイクロプレート10の複数のウェル12(容器の一例、収容部の一例。後述の図2参照)に収容される内容物の各々について行われる。計測器5で得られた計測データ(この例では濃度データ)は上位コントローラ4に出力される。
上位コントローラ4は、上記計測データ等を取得して分注指令を生成し、ロボットコントローラ3に対し分注指令を出力する。上位コントローラ4は、例えば演算装置や記録装置、入力装置等を有するコンピュータ(例えばパーソナルコンピュータ等)として構成されている。上位コントローラ4の詳細機能については後述する(図4及び図8等参照)。
ロボットコントローラ3は、上位コントローラ4からの分注指令に基づいてロボット2に所定の分注動作を実行させる。ロボットコントローラ3は、分注動作実行部30を備え、分注動作実行部30はロボット制御部31とピペット制御部32とを有する。なお、ロボットコントローラ3は、ロボット2と一体に設けられてもよいし、別体として設けられてもよい。ロボットコントローラ3は、例えば演算装置や記録装置、入力装置等を有するコンピュータとして構成されている。また、ロボットコントローラ3は、例えばプログラマブルロジックコントローラ(PLC)との組み合わせによって構成してもよい。ロボットコントローラ3の詳細機能については後述する(図4及び図8等参照)。
<2.マイクロプレート及び設定ファイルの一例>
次に、図2及び図3を用いて、マイクロプレート及び設定ファイルの一例について説明する。
次に、図2及び図3を用いて、マイクロプレート及び設定ファイルの一例について説明する。
図2に示すように、マイクロプレート10(収容体の一例)は、例えば樹脂製の板11に有底の穴部である複数のウェル12(収容部の一例)を備えている。各ウェル12には、原液15(内容物の一例。後述の図5参照)が収容される。なお、ウェル12の1つ1つが容器に相当する。図2に示す例では、マイクロプレート10は、縦に8(行番号A~H)、横に12(列番号1~12)の計96のウェル12を備えている。ウェル12の形状は特に限定されるものではなく、例えば円筒状、角筒状、円錐状、角錐状等であってもよい。また、ウェル数は96に限られず、その他の数(例えば48、384等の規格に則った数等)としてもよい。なお、マイクロプレートに代えて、例えば複数のチューブ、複数の試験管、8連チューブ等を治具に配置したもの等を用いてもよい。
図3に、設定ファイルの内容の一例を示す。設定ファイルは、マイクロプレート10の各ウェル12の内容物に関わるデータを設定するための電子ファイルである。図3に示すように、設定ファイル14には、マイクロプレート10のウェル12の行番号、列番号で指定されるアドレスごとに、当該アドレスに対応するウェル12の内容物に関わるデータが格納される。設定ファイル14は、上位コントローラ4の適宜の記録媒体(例えばROMやRAM、ハードディスク等)に記録されてもよいし、外部の記録媒体(例えばCD、DVD等の光ディスク、半導体メモリ等)に記録されてもよい。設定ファイル14は上位コントローラ4によって読み込まれ、各種のデータがユーザによる入力又はソフトウェアによる自動処理により書き込まれる。
<3.希釈液の分注により原液を目標濃度に希釈する場合>
次に、分注作業の一例として、マイクロプレートへの希釈液の分注により原液を目標濃度に希釈する場合について説明する。
次に、分注作業の一例として、マイクロプレートへの希釈液の分注により原液を目標濃度に希釈する場合について説明する。
(3-1.上位コントローラ及びロボットコントローラの機能的構成)
図4を参照しつつ、マイクロプレート10への希釈液の分注により原液を目標濃度に希釈する場合の上位コントローラ4及びロボットコントローラ3の機能的構成の一例について説明する。
図4を参照しつつ、マイクロプレート10への希釈液の分注により原液を目標濃度に希釈する場合の上位コントローラ4及びロボットコントローラ3の機能的構成の一例について説明する。
図4に示すように、上位コントローラ4は、計測データ取得部41、設定ファイル取得部42、目標濃度取得部43、第1分注量算出部44、コマンド記憶部45、ジョブ生成部46、ジョブ実行部47、及び、実行結果記録部48を有する。
計測データ取得部41は、計測器5で計測されたマイクロプレート10の複数のウェル12の各々の原液15の濃度の計測データ(濃度)を計測器5より取得する。取得された計測データは、設定ファイル14A(後述の図5等参照)に書き込まれる。
設定ファイル取得部42は、上位コントローラ4の適宜の記録媒体からの読み込み、又は、外部の記録媒体からの読み込みにより、設定ファイル14A(後述の図5等参照)を取得する。設定ファイル14Aには、各ウェル12の原液15の液量がユーザの入力等により予め書き込まれている(後述の図7A参照)。
目標濃度取得部43は、原液15の希釈による目標濃度を取得する。目標濃度取得部43は、例えばコマンド記憶部45に記憶されたコマンドのコマンドパラメータに目標濃度が含まれている場合には、当該コマンドパラメータから目標濃度を取得する。あるいは、設定ファイル14Aの作成時に目標濃度がユーザの入力等により予め設定されている場合には、設定ファイル14Aで設定されてもよい。なお、目標濃度は、全部のウェル12に共通の目標濃度でもよいし、各ウェル12ごとに異なる目標濃度でもよい。本実施形態では全部のウェル12に共通の目標濃度である場合について説明する。
第1分注量算出部44は、計測データ取得部41で取得された計測データ(濃度)と、設定ファイル取得部42で取得された設定ファイル14Aに含まれる原液量と、目標濃度取得部43で取得された目標濃度とに基づいて、マイクロプレート10の各ウェル12に収容された原液15を目標濃度に希釈するのに必要な希釈液16(後述の図5参照)の分注量(以下適宜「第1分注量」という)を各ウェル12ごとに算出する。例えば原液15の液量c、濃度a、目標濃度b、希釈液16の第1分注量dとすると、a×c=(c+d)×bから、第1分注量dは、
d=a×(c/b)-c
の計算式で算出される。算出された第1分注量は、設定ファイル14Aに書き込まれる(後述の図5等参照)。
d=a×(c/b)-c
の計算式で算出される。算出された第1分注量は、設定ファイル14Aに書き込まれる(後述の図5等参照)。
なお、例えば原液濃度が目標濃度よりも小さい場合等、原液15を目標濃度とするのに必要な希釈液16の分注量の算出が不可能である場合には、第1分注量は算出されない。この場合、設定ファイル14Aにおける該当するウェル12の分注量の欄に例えば算出されなかった旨を表す文言の「Skip」が記録される(後述の図5等参照)。
コマンド記憶部45は、マイクロプレート10の各ウェル12の原液15に対する添加(add)、混合(mix)、移送(transfer)等の、分注作業に関わる各種のコマンド及びコマンドパラメータが記憶されている。上述のようにこのコマンドパラメータには、原液15の希釈による目標濃度を予め含ませておくことができる。
ジョブ生成部46は、分注作業の対象となるウェル12とコマンド記憶部45に記憶された各種のコマンドとを組み合わせることで、マイクロプレート10の各ウェル12に対するジョブ、すなわちウェル12に希釈液16を分注することにより原液15を目標濃度とする分注作業の指令を生成する。
ジョブ実行部47は、ジョブ生成部46で生成された各ウェル12に対するジョブと、第1分注量算出部44で算出された希釈液16の第1分注量とに基づいて、ロボットコントローラ3に分注指令を出力する。
実行結果記録部48は、各ウェル12における分注動作の実行結果を記録する。具体的には、上記第1分注量算出部44により希釈液16の分注量が算出された場合には、ロボット2による希釈液16の分注動作が実行されるので、設定ファイル14Aにおける該当するウェル12の実行結果の欄に例えば実行された旨を表す文言の「DONE」が記録される(後述の図7C参照)。一方、上記第1分注量算出部44により希釈液16の分注量が算出されなかった場合には、ロボット2による希釈液16の分注動作が実行されないので、設定ファイル14Aにおける該当するウェル12の実行結果の欄に例えば実行されなかった旨を表す文言の「UNDONE」が記録される(後述の図7C参照)。
ロボットコントローラ3は、上述したように、ロボット制御部31とピペット制御部32とを有する分注動作実行部30を備える。分注動作実行部30は、上位コントローラ4のジョブ実行部47からの分注指令に基づき、ロボット制御部31によりロボット2の動作を制御し、ピペット制御部32により電動ピペット8の動作を制御する。これにより分注動作実行部30は、マイクロプレート10の各ウェル12に希釈液16を分注することにより各ウェル12の原液15を目標濃度とする分注動作をロボット2に実行させる。
なお、上述した上位コントローラ4における計測データ取得部41、第1分注量算出部44等における処理等、及び、上述したロボットコントローラ3における分注動作実行部30等における処理等は、これらの処理の分担の例に限定されるものではなく、例えば、更に少ない数の処理部(例えば1つの処理部)で処理されてもよく、また、更に細分化された処理部により処理されてもよい。また、上位コントローラ4の各機能、及び、ロボットコントローラ3におけるロボット2に駆動電力を給電する部分(インバータ等)以外の機能は、後述するCPU901(図12参照)が実行するプログラムにより実装されてもよいし、その一部又は全部がASICやFPGA、その他の電気回路等の実際の装置により実装されてもよい。
(3-2.希釈液の分注動作の具体例)
次に、図5を参照しつつ、マイクロプレートへの希釈液の分注により原液を目標濃度に希釈する場合のロボットによる希釈液の分注動作の具体例について説明する。
次に、図5を参照しつつ、マイクロプレートへの希釈液の分注により原液を目標濃度に希釈する場合のロボットによる希釈液の分注動作の具体例について説明する。
図5において、設定ファイル14AにはアドレスA1,B1,C1,D1,E1,・・・の各ウェル12に収容された原液15の量、計測データ取得部41で取得された原液15の濃度、第1分注量算出部44で算出された希釈液16の第1分注量が書き込まれている。また、作業テーブル6上の分注器具9として、希釈液16が収容された例えばチューブ17が用意されている。
図5に示す例では、目標濃度取得部43で取得された目標濃度はbである。設定ファイル14Aに示すように、アドレスA1のウェル12では、原液15の量がc1、濃度が1a1、希釈液16の分注量がd1である。アドレスB1のウェル12では、原液15の量がc2、濃度がa2、希釈液16の分注量がd2である。アドレスC1のウェル12では、原液15の量がc3、濃度がa3、希釈液16の分注量がd3である。アドレスD1のウェル12では、原液15の量がc4、濃度がa4、希釈液16の分注量がd4である。アドレスE1のウェル12では、原液15の量がc5、濃度がa5である。なお、アドレスE1のウェル12では、例えば原液濃度a5が目標濃度bよりも小さく、原液15を希釈液16の分注により目標濃度に希釈できないことから、希釈液16の分注量の欄は「Skip」とされている。
まず、ロボット制御部31の制御により、ロボット2はハンド7で把持した電動ピペット8をチューブ17の上部に移送し、次に電動ピペット8を降下してピペット先端をチューブ17内の希釈液16中に入れ、その状態に保持する。そして、ピペット制御部32の制御により、電動ピペット8は、希釈液16の吸引量を例えばアドレスA1のウェル12に対する分注量d1にセットし、次にピストンを上昇して希釈液16を分注量分だけ吸引する。次いでロボット制御部31の制御により、ロボット2はハンド7で電動ピペット8をアドレスA1のウェル12の上方に移送し、次に電動ピペット8を降下してピペット先端をウェル12内の上部に挿入する。そして、ピペット制御部32の制御により、電動ピペット8のピストンを降下し電動ピペット8から希釈液16をウェル12内に排出することでウェル12に分注し、アドレスA1のウェル12の原液15が目標濃度となるように希釈液16で希釈する。
次に、ロボット制御部31によるロボット2の制御及びピペット制御部32による電動ピペット8の制御により、電動ピペット8をチューブ17に移送し、次の分注対象の例えばアドレスB1のウェル12に対する分注量d2だけ希釈液16を吸引し、次いで電動ピペット8をアドレスB1のウェル12に移送し、希釈液16をウェル12内に分注して原液15を目標濃度となるように希釈する。
このようなロボット2によるウェル12への希釈液16の分注動作を、マイクロプレート10のアドレスA1~H12の複数のウェル12の各々に対し行い、一連の分注作業を終了する。なお、分注量が算出されなかったウェル12(図5の例ではアドレスE1)に対しては、ロボット2による分注動作は実行されない。
(3-3.上位コントローラ及びロボットコントローラによる処理工程>
次に、図6を参照しつつ、マイクロプレートへの希釈液の分注により原液を目標濃度に希釈する場合の上位コントローラ4及びロボットコントローラ3の処理工程の一例を説明する。
次に、図6を参照しつつ、マイクロプレートへの希釈液の分注により原液を目標濃度に希釈する場合の上位コントローラ4及びロボットコントローラ3の処理工程の一例を説明する。
ステップS10では、上位コントローラ4は、設定ファイル取得部42により、設定ファイル14Aを読み込んで取得する。設定ファイル14Aの取得時のファイル内容は、例えば図7Aに示すとおりであり、マイクロプレート10のウェル12のアドレスと、ウェル12に収容された原液15の量が書き込まれている。なお、原液15の濃度及び希釈液16の第1分注量はブランクとされている。
ステップS20では、上位コントローラ4は、目標濃度取得部43により、マイクロプレート10の各ウェル12の原液15の希釈による目標濃度を、例えばコマンドパラメータ等から取得する。なお、前述のように設定ファイル14Aにより目標濃度が設定されてもよい。その場合には、上記ステップS10において取得された設定ファイル14Aに目標濃度が書き込まれているので、本ステップは不要となる。
ステップS30では、上位コントローラ4は、計測データ取得部41により、計測器5で計測されたマイクロプレート10の各ウェル12の原液15についての濃度の計測データを取得する。
ステップS40では、上位コントローラ4は、第1分注量算出部44により、上記ステップS30で取得された計測データ(濃度)と、上記ステップS10で取得された設定ファイル14Aに含まれる原液量と、上記ステップS20で取得された目標濃度とに基づいて、ウェル12の原液15を目標濃度に希釈するのに必要な第1分注量を各ウェル12ごとに算出する。希釈液16の分注量の算出が終了した時点の設定ファイル14Aは、例えば図7Bに示すとおりであり、目標濃度、原液15の濃度及び希釈液16の分注量が書き込まれている。なお、上位コントローラ4は、第1分注量の算出が終了すると、ジョブ実行部47からロボットコントローラ3に分注指令を出力する。
ステップS50では、ロボットコントローラ3は、ジョブ実行部47からの分注指令に基づいて、分注動作実行部30のロボット制御部31によるロボット2の制御と、ピペット制御部32による電動ピペット8の制御とにより、上記ステップS40で算出した分注量に基づく希釈液16の分注作業をロボット2に実行させる。
ステップS60では、ロボットコントローラ3は、マイクロプレート10の全ウェル12に対する希釈液16の分注が終了したか否かを判定する。希釈液16の分注が行われていないウェル12が残っている場合には(ステップS60:NO)、上記ステップS50に戻って同様の処理を繰り返す。一方、全ウェル12に対する希釈液16の分注が終了した場合には(ステップS60:YES)、ステップS70に移る。
ステップS70では、上位コントローラ4は、実行結果記録部48により、分注の実行結果を記録する。分注の実行結果を記録した時点の設定ファイル14Aは、例えば図7Cに示すどおりであり、実行結果の欄に、実行された旨を表す「DONE」又は実行されなかった旨を表す「UNDONE」の文言が書き込まれている。その後、本フローを終了する。
なお、上述した処理工程は一例であり、上記工程の少なくとも一部を削除・変更してもよいし、上記以外の工程を追加してもよい。
<4.原液の分注により目標物質量の物質を抽出する場合>
次に、分注作業の他の例として、原液の分注によりマイクロプレートのウェルから目標物質量の物質を抽出する場合について説明する。
次に、分注作業の他の例として、原液の分注によりマイクロプレートのウェルから目標物質量の物質を抽出する場合について説明する。
(4-1.上位コントローラ及びロボットコントローラの機能的構成)
図8を参照しつつ、原液の分注によりマイクロプレート10のウェルから目標物質量の物質を抽出する場合の上位コントローラ4及びロボットコントローラ3の機能的構成の一例について説明する。なお、図8において前述の図4と同様の構成には同符号を付し、適宜説明を省略する。
図8を参照しつつ、原液の分注によりマイクロプレート10のウェルから目標物質量の物質を抽出する場合の上位コントローラ4及びロボットコントローラ3の機能的構成の一例について説明する。なお、図8において前述の図4と同様の構成には同符号を付し、適宜説明を省略する。
図8に示すように、上位コントローラ4は、前述の計測データ取得部41、設定ファイル取得部42、コマンド記憶部45、ジョブ生成部46、ジョブ実行部47、及び、実行結果記録部48の他に、目標物質量取得部53、第2分注量算出部54、及び、容量判定部55を有する。
目標物質量取得部53は、原液15に含まれる物質18について原液15の分注により抽出する目標物質量を取得する。物質18は、例えばDNA、RNA、アミノ酸、タンパク質、多糖、生物細胞等、生体を構成する物質である。また目標物質量は、例えば上記物質を構成する要素粒子(原子、分子、イオン、電子その他の粒子、またはこれらの粒子の集合体)の個数、またはその個数をアボガドロ定数で割ったもの(モル)、あるいは当該物質の質量等により規定される。目標物質量取得部53は、例えばコマンド記憶部45に記憶されたコマンドのコマンドパラメータに目標物質量が含まれている場合には、当該コマンドパラメータから目標物質量を取得する。あるいは、設定ファイル14B(後述の図9等参照)の作成時に目標物質量がユーザの入力等により予め設定されている場合には、設定ファイル14Bで設定されてもよい。なお、目標物質量は、全部のウェル12に共通の目標物質量でもよいし、各ウェル12ごとに異なる目標物質量でもよい。本実施形態では全部のウェル12に共通の目標物質量である場合について説明する。
第2分注量算出部54は、計測データ取得部41で取得された計測データ(濃度)と、設定ファイル取得部42で取得された設定ファイル14Bに含まれる原液量と、目標物質量取得部53で取得された目標物質量とに基づいて、マイクロプレート10の各ウェル12から目標物質量の物質18を抽出するのに必要な原液15の分注量(以下適宜「第2分注量」という)を各ウェル12ごとに算出する。例えば原液の濃度a、原液の第2分注量e、目標物質量fとすると、f=a×eから、第2分注量eは、
e=f/a
の計算式で算出される。算出された第2分注量は、設定ファイル14Bに書き込まれる(後述の図9等参照)。
e=f/a
の計算式で算出される。算出された第2分注量は、設定ファイル14Bに書き込まれる(後述の図9等参照)。
なお、例えば原液15の量が第2分注量に達しない場合等には、目標物質量の物質18を抽出する原液15の分注は不可能であるため、第2分注量は算出されない。この場合、設定ファイル14Bにおける該当するウェル12の分注量の欄に例えば算出されなかった旨を表す文言の「Skip」が記録される(後述の図9等参照)。
容量判定部55は、第2分注量算出部54で算出された原液15の第2分注量が電動ピペット8の容量範囲内であるか否かを判定する。
実行結果記録部48は、各ウェル12における分注動作の実行結果を記録する。具体的には、上記第2分注量算出部54により原液15の第2分注量が算出された場合には、ロボット2による原液15の分注動作が実行されるので、設定ファイル14Bにおける該当するウェル12の実行結果の欄に例えば実行された旨を表す文言の「DONE」が記載される(後述の図11C参照)。一方、上記第2分注量算出部54により原液15の第2分注量が算出されなかった場合には、ロボット2による原液15の分注動作が実行されないので、設定ファイル14Bにおける該当するウェル12の実行結果の欄に例えば実行されなかった旨を表す文言の「UNDONE」が記録される(後述の図11C参照)。
ロボットコントローラ3の分注動作実行部30は、ロボット2に原液15の分注動作を実行させる。その際、分注動作実行部30は、上記容量判定部55による判定結果に基づいて、第2分注量が電動ピペット8の容量範囲内である場合と、第2分注量が電動ピペット8の容量範囲外である場合とで、分注先を変更する。具体的には、第2分注量が電動ピペット8の容量範囲内である場合は、原液15を本来の分注量である第2分注量(1倍量)だけ第1チューブ20(1倍量の容器。後述の図9参照)に分注する。一方、第2分注量が電動ピペット8の容量範囲外である(電動ピペット8の吸引可能な容量範囲の最低値が第2分注量よりも大きい)場合は、第2分注量に所定の値Nを乗じたN倍量を設定して、原液15を第2分注量のN倍量だけ第2チューブ22(N倍量の容器。後述の図9参照)に分注する。そして、N倍量の原液15が集められた第2チューブ22からN倍量の原液全量の1/Nの量だけ第1チューブ20に再度分注し、第1チューブ20に1倍量ずつ分注された原液全量に加える。なお、上述したNの値は特に限定されるものではなく、N倍した分注量が電動ピペット8の容量範囲内となる倍数であればよい。
なお、上述した上位コントローラ4における第2分注量算出部54、容量判定部55等における処理等は、これらの処理の分担の例に限定されるものではなく、例えば、更に少ない数の処理部(例えば1つの処理部)で処理されてもよく、また、更に細分化された処理部により処理されてもよい。また、これらの上位コントローラ4の各機能は、後述するCPU901(図12参照)が実行するプログラムにより実装されてもよいし、その一部又は全部がASICやFPGA、その他の電気回路等の実際の装置により実装されてもよい。
(4-2.原液の分注動作の具体例>
次に、図9を参照しつつ、原液の分注によりウェルから目標物質量の物質を抽出する場合のロボットによる原液の分注動作の具体例について説明する。
次に、図9を参照しつつ、原液の分注によりウェルから目標物質量の物質を抽出する場合のロボットによる原液の分注動作の具体例について説明する。
図9において、設定ファイル14BにはアドレスA1、B1,C1,D1,E1,・・・の各ウェル12に収容された原液15の量、計測データ取得部41で取得された原液15の濃度、第2分注量算出部54で算出された原液15の第2分注量が書き込まれている。また、作業テーブル6上の分注器具9として、例えば第1チューブ20及び第2チューブ22が用意されている。
図9に示す例では、目標物質量取得部53で取得された目標物質量はfである。設定ファイル14Bに示すように、アドレスA1のウェル12では、原液15の量がg1、濃度がa1、原液15の分注量がe1である。アドレスB1のウェル12では、原液15の量がg2、濃度がa2、原液15の分注量がe2である。アドレスC1のウェル12では、原液15の量がg3、濃度がa3、原液15の分注量がe3である。アドレスD1のウェル12では、原液15の量がg4、濃度がa4である。なお、アドレスD1のウェル12では、例えば原液15の量g4が目標物質量の物質を抽出するのに必要な第2分注量(e4=f/a4)より少なく、原液15の分注によって目標物質量の物質を抽出することは不可能であるので、原液分注量の欄は「Skip」とされている。アドレスE1のウェル12では、原液15の量がg5、濃度がa5、原液15の分注量がe5である。これに対し、使用した電動ピペット8の吸引可能な容量範囲は例えばHmin~Hmaxである。
まず、ロボット制御部31の制御により、ロボット2はハンド7で把持した電動ピペット8を分注対象の例えばアドレスA1のウェル12の上部に移送し、次に電動ピペット8を降下してピペット先端をウェル12内の原液15中に入れ、その状態に保持する。このアドレスA1のウェル12の第2分注量はe1であり、電動ピペット8の容量範囲内(Hmin<e1<Hmax)である。そこで、ピペット制御部32の制御により、電動ピペット8は、原液15の吸引量を1倍量の第2分注量e1にセットし、次にピストンを上昇して原液15を1倍量の分注量分だけ吸引し、ウェル12から目標物質量fの物質18を抽出する。次いでロボット制御部31の制御により、ロボット2はハンド7で電動ピペット8を第1チューブ20の上方に移送し、電動ピペット8を降下してピペット先端を第1チューブ20内に挿入する。そして、ピペット制御部32の制御により、電動ピペット8のピストンを降下し1倍量の原液15を第1チューブ20内に排出することで、アドレスA1のウェル12の1倍量の原液15を第1チューブ20に分注する。
次に、ロボット制御部31によるロボット2の制御及びピペット制御部32による電動ピペット8の制御により、電動ピペット8を次の分注対象である例えばアドレスB1のウェル12に移送する。このアドレスB1のウェル12の第2分注量はe2であり、電動ピペット8の容量範囲外である(e2<Hmin)。そこで、第2分注量のN倍量(N×e2)を設定して、電動ピペット8の吸引量にセットし、ウェル12から原液15をN倍量分だけ吸引し、目標物質量FのN倍の量の物質18を抽出する。次いで電動ピペット8を第2チューブ22に移送し、N倍量の原液15を第2チューブ22内に排出して分注し、アドレスB1のウェル12の原液15をN倍量分、一旦第2チューブ22に貯留する。
このようなロボット2によるウェル12からの原液15の第2分注量の1倍量の第1チューブ20への分注動作、及びウェル12からの原液15の第2分注量のN倍量の第2チューブ22への分注動作を、マイクロプレート10のアドレスA1~H12の複数のウェル12の各々に対し行う。図9に示す例では、アドレスC1のウェル12の第2分注量はe3であり電動ピペット8の容量範囲内(Hmin<e3<Hmax)であるため、1倍量が第1チューブ20へ分注される。また、アドレスE1のウェル12の第2分注量はe5であり電動ピペット8の容量範囲外(e5<Hmin)であるため、n倍量(N×e5)が第2チューブ22へ分注される。なお、例えばアドレスD1のウェル12では、原液15の量g4が第2分注量(e4=f/a4)より少なく、目標物質量の物質18を抽出する原液15の分注は不可能であるので、第2分注量が算出されておらず、ロボット2による分注動作は実行されない。
そして、マイクロプレート10の全ウェル12に対する原液15の第1チューブ20への分注及び原液15の第2チューブ22への分注が終了したら、N倍量ずつ原液15を貯留した第2チューブ22の全液量の1/Nの量を電動ピペット8により1回又は複数回に分けて第1チューブ20に再度分注する。これにより、第1チューブ20内に、マイクロプレート10の全ウェル12(ただし分注が実行されなかったウェル12を除く)から目標物質量ずつ抽出された物質18が含まれることになる。
(4-3.上位コントローラ及びロボットコントローラによる処理工程>
次に、図10を参照しつつ、原液の分注動作によりウェルから目標物質量の物質を抽出する場合の上位コントローラ4及びロボットコントローラ3の処理工程の一例を説明する。
次に、図10を参照しつつ、原液の分注動作によりウェルから目標物質量の物質を抽出する場合の上位コントローラ4及びロボットコントローラ3の処理工程の一例を説明する。
まず、ステップS110では、上位コントローラ4は、設定ファイル取得部42により、設定ファイル14Bを読み込んで取得する。設定ファイル14Bの取得時のファイル内容は、例えば図11Aに示すとおりであり、マイクロプレート10のウェル12のアドレスと、ウェル12に収容された原液15の量が書き込まれている。なお、原液15の濃度及び原液15の第2分注量はブランクとされている。ステップS110が終了すると、ステップS120に移る。
ステップS120では、上位コントローラ4は、目標物質量取得部53により、マイクロプレート10の各ウェル12の原液15から抽出する物質18の目標物質量を、例えばコマンドパラメータ等から取得する。なお、前述のように設定ファイル14Bにより目標物質量が設定されてもよい。その場合には、上記ステップS110において取得された設定ファイル14Bに目標物質量が書き込まれているので、本ステップは不要となる。
ステップS130では、上位コントローラ4は、計測データ取得部41により、計測器5で計測されたマイクロプレート10の各ウェル12の原液15についての濃度の計測データを取得する。
ステップS140では、上位コントローラ4は、第2分注量算出部54により、上記ステップS130で取得された計測データ(濃度)と、上記ステップS120で取得された目標物質量とに基づいて、ウェル12から目標物質量の物質18を抽出するのに必要な原液15の第2分注量を各ウェル12ごとに算出する。原液15の第2分注量の算出が終了した時点の設定ファイル14Bは、例えば図11Bに示すとおりであり、目標物質量、原液15の濃度及び原液15の第2分注量が書き込まれている。
ステップS150では、上位コントローラ4は、容量判定部55により、上記ステップS140で算出された原液15の第2分注量が電動ピペット8の容量範囲内であるか否かを判定する。第2分注量が電動ピペット8の容量範囲内である場合には(S150:YES)、ジョブ実行部47からロボットコントローラ3に対応する分注指令を出力した後、ステップS160に移る。一方、第2分注量が電動ピペット8の容量範囲外である場合には(S150:NO)、ジョブ実行部47からロボットコントローラ3に対応する分注指令を出力した後、ステップS170に移る。
ステップS160では、ロボットコントローラ3は、ジョブ実行部47からの分注指令に基づいて、分注動作実行部30のロボット制御部31によるロボット2の制御と、ピペット制御部32による電動ピペット8の制御とにより、上記ステップS140で算出した分注量に基づく1倍量の原液15の第1チューブ20への分注作業をロボット2に実行させる。
ステップS170では、ロボットコントローラ3は、ジョブ実行部47からの分注指令に基づいて、上記ステップS140で算出した分注量に基づくN倍量の原液15の第2チューブ22への分注作業をロボット2に実行させる。
ステップS180では、ロボットコントローラ3は、マイクロプレート10の全ウェル12に対する原液15の分注が終了したか否かを判定する。原液15の分注が行われていないウェル12が残っている場合には(ステップS180:NO)、上記ステップS150に戻って同様の処理を繰り返す。一方、全ウェル12に対する原液15の分注が終了した場合には(ステップS180:YES)、ステップS190に移る。
ステップS190では、ロボットコントローラ3は、N倍量の第2チューブ22から1倍量の第1チューブ20に第2チューブ22の全量の1/Nの量だけ原液を分注する。
ステップS200では、上位コントローラ4は、実行結果記録部48により、分注の実行結果を記録する。分注の実行結果を記録した時点の設定ファイル14Bは、図11Cに示すとおりであり、実行結果の欄に、実行された旨を表す「DONE」又は実行されなかった旨を表す「UNDONE」の文言が書き込まれている。その後、本フローを終了する。
なお、上述した処理工程は一例であり、上記工程の少なくとも一部を削除・変更してもよいし、上記以外の工程を追加してもよい。
<5.実施形態の効果>
以上説明したように、本実施形態の分注システム1は、マイクロプレート10の原液15に関わる分注作業を行うロボット2と、原液15の特性の計測データを取得する計測データ取得部41と、計測データに基づいた分注動作をロボット2に実行させる分注動作実行部30とを有する。これにより、次の効果を奏する。
以上説明したように、本実施形態の分注システム1は、マイクロプレート10の原液15に関わる分注作業を行うロボット2と、原液15の特性の計測データを取得する計測データ取得部41と、計測データに基づいた分注動作をロボット2に実行させる分注動作実行部30とを有する。これにより、次の効果を奏する。
すなわち、本実施形態においては、原液15の特性を計測する計測器5から計測データを取得し、当該計測データに基づいてロボット2が自動的に原液15の特性に応じた分注動作を実行する。これにより、ロボット2による原液15の特性に対応したきめ細かな分注作業が可能となると共に、ユーザが原液15の特性データを入力する手間を省略できるので、ユーザの作業負担を軽減できる。
また、本実施形態では特に、計測データ取得部41は、原液15の濃度の計測データを取得し、分注動作実行部30は、濃度の計測データに基づいた分注動作をロボット2に実行させる。
これにより、ロボット2による原液15の濃度に対応したきめ細かな分注作業が可能となると共に、ユーザが原液15の濃度データを入力する手間を省略できるので、ユーザの作業負担を軽減できる。
また、本実施形態では特に、分注システム1は、原液15の目標濃度を取得する目標濃度取得部43と、計測データと目標濃度に基づいて、原液15が目標濃度となるように希釈液16のマイクロプレート10への第1分注量を算出する第1分注量算出部44とをさらに有し、分注動作実行部30は、第1分注量の希釈液16をマイクロプレート10に分注する分注動作をロボット2に実行させる。
これにより、マイクロプレート10の原液15を所定の目標濃度とするための分注量の算出や分注作業を自動化できるので、ユーザの利便性を向上できる。
また、本実施形態では特に、分注システム1は、原液15に含まれる物質18の目標物質量を取得する目標物質量取得部53と、計測データと目標物質量に基づいて、目標物質量の物質18がマイクロプレート10から抽出されるように原液15の第2分注量を算出する第2分注量算出部54とをさらに有し、分注動作実行部30は、第2分注量の原液15をマイクロプレート10から他の容器20,22(第1チューブ20、第2チューブ22)に分注する分注動作をロボット2に実行させる。
これにより、目標物質量の物質18をマイクロプレート10から抽出(サンプリング)するための分注量の算出や分注作業を自動化できるので、ユーザの利便性を向上できる。
また、本実施形態では特に、他の容器20,22は、第1チューブ20と第2チューブ22を含んでおり、分注動作実行部30は、原液15を第1チューブ20と第2チューブ22のそれぞれに分けて分注する分注動作をロボット2に実行させる。
これにより、原液15の特性等に応じて分注先を分けることができるので、ユーザの利便性をさらに向上できる。
また、本実施形態では特に、ロボット2は、電動ピペット8を備えており、分注システム1は、第2分注量が電動ピペット8の容量範囲内であるか否かを判定する容量判定部55をさらに有し、分注動作実行部30は、第2分注量が電動ピペット8の容量範囲内である場合と、第2分注量が電動ピペット8の容量範囲外である場合とで、原液15を第1チューブ20と第2チューブ22のそれぞれに分けて分注する分注動作をロボット2に実行させる。これにより、次の効果を奏する。
すなわち、原液15の濃度の大小によっては、算出された第2分注量が電動ピペット8のピペット容量の範囲外となる可能性があり、その場合には分注作業を精度良く実行できない可能性がある。
本実施形態においては、第2分注量が電動ピペット8の容量範囲内である場合と容量範囲外である場合とで分注先を分ける。これにより、第2分注量が容量範囲外である場合には、容量範囲内となるような所定の分注量(第2分注量に所定の乗数Nを乗じたN倍量)を設定し、当該N倍量を集めた第2チューブ22からその全量に対して上記乗数の逆数(1/N)分を、第2分注量の1倍量を集めた第1チューブ20に分注することにより、全ウェル12から第2分注量の1倍量を集めた場合と同じ分注結果を得ることができる。したがって、原液15の濃度の大小によらずに精度良く分注作業を実行できる。
また、本実施形態では特に、原液15が収容される容器は、複数のウェル12を備えたマイクロプレート10における各々のウェル12である。これにより、次の効果を奏する。
すなわち、例えばマイクロプレート10の各ウェル12や8連チューブ治具における各チューブ等、多数の収容部を備えた収容体の各収容部の原液15に対して分注作業を行う場合、ユーザが各原液15の特性データを入力するには多大な手間を要する。
本実施形態によれば、各原液15の計測データを計測器5から一括して取得し、当該計測データに基づいてロボット2が自動的に各原液の特性に応じた分注動作を実行するので、ユーザの作業負担を大幅に軽減できる。
また、本実施形態では特に、分注システム1は、複数のウェル12の各々における分注動作の実行結果を記録する実行結果記録部48を有する。
これにより、分注作業の実行結果を表示したり所望のデータ形式で出力したりすることが可能となるので、ユーザの利便性を向上できる。
<6.変形例>
なお、開示の実施形態は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
なお、開示の実施形態は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、内容物の特性の一例として濃度を計測する場合について説明したが、濃度に限定されるものではなく、例えば内容物に含まれる物質の種類、光学的特性、電気的特性、磁気的特性、熱的特性、流動特性、あるいは生体物質の生死や活性度等について計測してもよい。また計測器5としては、分光光度計以外にも、例えば光学顕微鏡や電子顕微鏡等、上記特性を計測あるいは分析可能な装置を使用してもよい。
また、上記実施形態では、計測データに基づいて分注量を変更させた分注動作を実行する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、計測データに基づいて容器やピペットの種類を変更したり、ピペットによる吸引速度や吸引動作の態様を変更したり、分注先の容器を変更したり、分注の作業環境の変更等を行ってもよい。
また、上記実施形態の分注システム1は、バイオメディカル分野における生化学的実験の他、例えば薬剤の調製にも適用可能である。
<7.コントローラのハードウェア構成例>
次に、図12を参照しつつ、上記で説明したCPU901が実行するプログラムにより実装された上位コントローラ4の第1分注量算出部44や第2分注量算出部54等による処理、及び、ロボットコントローラ3の分注動作実行部30等による処理を実現するコントローラ3,4のハードウェア構成例について説明する。なお、ここではロボットコントローラ3及び上位コントローラ4をコントローラ3,4と簡略化して記載する。
次に、図12を参照しつつ、上記で説明したCPU901が実行するプログラムにより実装された上位コントローラ4の第1分注量算出部44や第2分注量算出部54等による処理、及び、ロボットコントローラ3の分注動作実行部30等による処理を実現するコントローラ3,4のハードウェア構成例について説明する。なお、ここではロボットコントローラ3及び上位コントローラ4をコントローラ3,4と簡略化して記載する。
図12に示すように、コントローラ3,4は、例えば、CPU901と、ROM903と、RAM905と、ASIC又はFPGA等の特定の用途向けに構築された専用集積回路907と、入力装置913と、出力装置915と、記録装置917と、ドライブ919と、接続ポート921と、通信装置923とを有する。これらの構成は、バス909や入出力インターフェース911を介し相互に信号を伝達可能に接続されている。
プログラムは、例えば、ROM903やRAM905、記録装置917等に記録しておくことができる。
また、プログラムは、例えば、フレキシブルディスクなどの磁気ディスク、各種のCD・MOディスク・DVD等の光ディスク、半導体メモリ等のリムーバブルな記録媒体925に、一時的又は非一時的(永続的)に記録しておくこともできる。このような記録媒体925は、いわゆるパッケージソフトウエアとして提供することもできる。この場合、これらの記録媒体925に記録されたプログラムは、ドライブ919により読み出されて、入出力インターフェース911やバス909等を介し上記記録装置917に記録されてもよい。
また、プログラムは、例えば、ダウンロードサイト・他のコンピュータ・他の記録装置等(図示せず)に記録しておくこともできる。この場合、プログラムは、LANやインターネット等のネットワークNWを介し転送され、通信装置923がこのプログラムを受信する。そして、通信装置923が受信したプログラムは、入出力インターフェース911やバス909等を介し上記記録装置917に記録されてもよい。
また、プログラムは、例えば、適宜の外部接続機器927に記録しておくこともできる。この場合、プログラムは、適宜の接続ポート921を介し転送され、入出力インターフェース911やバス909等を介し上記記録装置917に記録されてもよい。
そして、CPU901が、上記記録装置917に記録されたプログラムに従い各種の処理を実行することにより、上記の上位コントローラ4の第1分注量算出部44や第2分注量算出部54等による処理、及び、ロボットコントローラ3の分注動作実行部30等による処理が実現される。この際、CPU901は、例えば、上記記録装置917からプログラムを直接読み出して実行してもよいし、RAM905に一旦ロードした上で実行してもよい。更にCPU901は、例えば、プログラムを通信装置923やドライブ919、接続ポート921を介し受信する場合、受信したプログラムを記録装置917に記録せずに直接実行してもよい。
また、CPU901は、必要に応じて、例えばマウス・キーボード・マイク(図示せず)等の入力装置913から入力する信号や情報に基づいて各種の処理を行ってもよい。
そして、CPU901は、上記の処理を実行した結果を、例えば表示装置や音声出力装置等の出力装置915から出力してもよく、さらにCPU901は、必要に応じてこの処理結果を通信装置923や接続ポート921を介し送信してもよく、上記記録装置917や記録媒体925に記録させてもよい。
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
1 分注システム
2 ロボット
8 電動ピペット(ピペットの一例)
10 マイクロプレート(収容体の一例)
12 ウェル(容器の一例、収容部の一例)
15 原液(内容物の一例)
16 希釈液
18 物質
20 第1チューブ(他の容器の一例)
22 第2チューブ(他の容器の一例)
30 分注動作実行部
41 計測データ取得部
43 目標濃度取得部
44 第1分注量算出部
48 実行結果記録部
53 目標物質量取得部
54 第2分注量算出部
55 容量判定部
2 ロボット
8 電動ピペット(ピペットの一例)
10 マイクロプレート(収容体の一例)
12 ウェル(容器の一例、収容部の一例)
15 原液(内容物の一例)
16 希釈液
18 物質
20 第1チューブ(他の容器の一例)
22 第2チューブ(他の容器の一例)
30 分注動作実行部
41 計測データ取得部
43 目標濃度取得部
44 第1分注量算出部
48 実行結果記録部
53 目標物質量取得部
54 第2分注量算出部
55 容量判定部
Claims (6)
- 容器の内容物に関わる分注作業を行う自動分注機と、
前記内容物の濃度の計測データを取得する計測データ取得部と、
前記計測データに基づいた分注動作を前記自動分注機に実行させる分注動作実行部と、
前記内容物に含まれる物質の目標物質量を取得する目標物質量取得部と、
前記計測データと前記目標物質量に基づいて、前記目標物質量の前記物質が前記容器から抽出されるように前記内容物の第2分注量を算出する第2分注量算出部と、を有し、
前記分注動作実行部は、
前記第2分注量の前記内容物を前記容器から他の容器に分注する前記分注動作を前記自動分注機に実行させる
ことを特徴とする分注システム。 - 前記他の容器は、
複数種類の他の容器を含んでおり、
前記分注動作実行部は、
前記内容物を前記複数種類の他の容器のそれぞれに分けて分注する前記分注動作を前記自動分注機に実行させる
ことを特徴とする請求項1に記載の分注システム。 - 前記自動分注機は、
ピペットを備えており、
前記分注システムは、
前記第2分注量が前記ピペットの容量範囲内であるか否かを判定する容量判定部をさらに有し、
前記分注動作実行部は、
前記第2分注量が前記ピペットの容量範囲内である場合と、前記第2分注量が前記ピペットの容量範囲外である場合とで、前記内容物を前記複数種類の他の容器のそれぞれに分けて分注する前記分注動作を前記自動分注機に実行させる
ことを特徴とする請求項2に記載の分注システム。 - 前記容器は、
複数の収容部を備えた収容体における各々の前記収容部である
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の分注システム。 - 前記複数の収容部の各々における前記分注動作の実行結果を記録する実行結果記録部をさらに有する
ことを特徴とする請求項4に記載の分注システム。 - 容器の内容物に関わる分注作業を自動分注機に行わせる分注方法であって、
前記内容物の濃度の計測データを取得することと、
前記計測データに基づいた分注動作を前記自動分注機に実行させることと、
前記内容物に含まれる物質の目標物質量を取得することと、
前記計測データと前記目標物質量に基づいて、前記目標物質量の前記物質が前記容器から抽出されるように前記内容物の第2分注量を算出することと、を有し、
前記分注動作を前記自動分注機に実行させることは、
前記第2分注量の前記内容物を前記容器から他の容器に分注する前記分注動作を前記自動分注機に実行させること
を有することを特徴とする分注方法。
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