JPH06174602A - 分注装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 使用される液体試料の種類にかかわりなく、
精度良く分注を行える分注装置を提供する。 【構成】 チップ１４に気体を供給する気体供給装置２
５と、チップ１４内部の圧力を検出する圧力センサ２７
を設置し、チップ１４が液面下にチップ１４の先端部が
位置した状態で気体をチップ１４の先端から放出し、こ
の時のチップ１４の内部の圧力を検出することにより制
御回路２９において表面張力を算出し、この算出された
表面張力の値に基づいてシリンジポンプ１０の動作を制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分注装置、特に精度良
く分注動作を行う分注装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】分注装置は、個々の操作を自動化するこ
とにより、検査能率を大幅に向上させることが可能であ
る。例えば、検体検査における自動分析装置の前処理装
置として大幅な省力化のために使われている。

【０００３】このような分注装置の分注部の基本的な構
成は例えば図８のブロック図に示されるようなものであ
り、シリンジポンプ１０と、このシリンジポンプ１０に
接続されている配管系１２と、この配管系１２の先端部
分に設置されているチップ１４とから構成されている。
ここで、シリンジポンプ１０をポンプとして用いるの
は、吸引吐出に使うためであり、このシリンジポンプ１
０はシリンダ１０ａとピストン１０ｂから構成されてい
る。そして、モータ等で構成される駆動系１６がピスト
ン１０ｂに連結されており、この駆動系１６によって前
記ピストン１０ｂが上下に移動させられることにより、
前記チップ１４内に貯留されている液体試料がチップ１
４の先端から滴下もしくは、吐出されるようになってい
る。

【０００４】分析等の測定精度を良好に保つためには、
サンプル分注と試薬分注ともに設定された量が正確にサ
ンプル管に滴下される必要がある。ところが、チップ１
４の材質や、形状さらに分注される液体試料の性質等に
より前記ピストン１０ｂを同量移動させても分注量の絶
対値に差が生じてしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように分注量の絶
対値に差が生じることは、様々な種類の液体を試料とし
て分注する場合において、前もって液体の性質を知るこ
とができないため、分注量が試料によりそれぞれ異なっ
てきてしまい、結果として分注量のばらつきとなってし
まっている。

【０００６】これは、使用される液体試料の表面張力が
それぞれ異なることも原因のうちの１つである。

【０００７】本発明は、以上のような課題に鑑みなされ
たものであり、その目的は、精度よく分注動作を行うた
めに、使用される液体試料の表面張力に応じた分注動作
を行う分注装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するために、本発明に係る液体分注装置においては、ピ
ストンとシリンダとからなるシリンジポンプと、このシ
リンジポンプの液体試料の供給・吸入口に接続されてい
る配管系と、この配管系の先端部に設置され液体試料の
滴下を行うチップと、前記シリンジポンプのピストンを
移動させる駆動系と、を有し、前記チップ先端から液体
試料を滴下することにより分注動作を行う分注装置にお
いて、前記チップを上下方向に移動させるチップ移動手
段と、前記チップに気体を供給する気体供給手段と、前
記チップ内部の圧力を検出する圧力検出手段と、前記チ
ップ内部の圧力の変化に応じて前記チップ移動手段及び
前記駆動系の動作を制御する制御手段であって前記チッ
プの先端が液体試料内に設定されている状態で該チップ
先端から気体が放出された時の該チップ内部の圧力から
該液体試料の表面張力を算出する演算部を含む前記制御
手段とを有し、この分注装置は、前記気体供給手段から
供給される気体を先端から放出するチップを下方へ移動
させる工程と、前記チップ内部の圧力が上昇したときに
前記チップの下方への移動を停止させる工程と、前記チ
ップが停止した状態で検出される該チップ内部の圧力か
ら液体試料の表面張力を算出する工程と、算出された表
面張力の算出値を取り込む工程と、を含み、表面張力の
算出値を取り込んで前記駆動系の動作を制御することに
より、分注される液体試料の表面張力の大きさに応じて
分注動作を変化させることを特徴とする。

【０００９】

【作用】以上のようにして構成された本発明に係る液体
分注装置においては、前記気体供給手段から供給される
気体を先端から放出するチップが下方へ移動するが、該
チップ内部の圧力が上昇したときには、このチップの先
端が液面に接触したものとして、先端部が液中に２〜４
ｍｍ入ったところで該チップの下方への移動が停止させ
られる。そして、該チップが停止した状態でチップ先端
からの気体の放出と該チップ内部の圧力の測定が継続さ
れ、検出される該チップ内部の圧力から液体試料の表面
張力が算出される。そして、算出された表面張力の算出
値が取り込まれて前記駆動系の動作が制御されることに
より、分注される液体試料の表面張力の大きさに応じて
分注動作が変化する。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明に係る液体分注装置の構成を
示すブロック図であり、図２は本発明の好適な一実施例
に係る液体分注装置の構成を示す図である。なお、従来
例と同一の構成要素には同一符号を付しその説明を省略
する。

【００１１】図１において、本発明に係る液体分注装置
は、チップ１４（図示せず）を上下方向に移動させるチ
ップ移動手段Ａと、チップ１４に気体を供給する気体供
給手段Ｂと、チップ１４内部の圧力を検出する圧力検出
手段Ｃと、これらを制御する制御部Ｄと、制御部Ｄに設
置され表面張力の算出を行う演算部Ｅとを有している。

【００１２】図２において、本実施例に係る液体分注装
置は、チップ移動手段Ａに相当するチップ駆動系２３
と、気体供給手段Ｂである気体供給装置２５と、圧力検
出手段Ｃである圧力センサ２７と、制御部Ｄに相当する
制御回路２９を有している。演算部Ｅは、この制御回路
２９内に組み込まれている。そして、制御回路２９は、
圧力センサ２７からの信号をもとにして所定の演算を行
い、これに基づいてチップ駆動系２３及びシリンジポン
プ駆動系２１を制御する。なお、圧力センサ２７からの
微小な信号を拾うためにアンプ３１が設置されている。

【００１３】ここで、図３には、図２に示す液体分注装
置の動作を示すフローチャートが示されているが、本実
施例に係る液体分注装置は、チップ駆動系２３によりチ
ップ１４が下降する。この際に気体供給装置２５からは
気体が供給される。このときのチップ１４内部の圧力
は、圧力センサ２７によって追跡されている（Ｓ１０
１）。そして、チップ１４が下降していき、液体試料の
液面にチップ先端が接触するようになるとチップ１４内
部の圧力が上昇するため、この圧力上昇を検出すること
によって、液体試料の液面の位置が検出される（Ｓ１０
２）。そして、液体試料の液面の位置が検出されると、
先端部が液中に２〜４ｍｍ入ったところでチップ１４の
下降が停止させられる（Ｓ１０３）。このチップ下降停
止の制御は、圧力センサ２７からの圧力変化の情報に基
づいて、制御回路２９がチップ駆動系２３を制御するこ
とによって行われる。ここで、チップの下降が停止され
ても、引き続き気体供給装置２５からは気体の供給がさ
れており、これとともに圧力センサ２７によってチップ
１４の内圧が監視されているため、Ｓ１０４においてチ
ップ１４内部の圧力変化が検出される（Ｓ１０４）。次
に、取り込まれた圧力データをもとにして、表面張力の
算出が行われることになる（Ｓ１０５）。そして、算出
された表面張力が液体試料の表面張力の値として取り込
まれ（Ｓ１０６）、取り込まれた表面張力の値に基づい
てシリンジポンプ駆動系２１が制御されることになる
（Ｓ１０７）。

【００１４】図４には、表面張力を検出する時の状態の
模式図が示されている。この図４に示される状態は、図
３のＳ１０３におけるチップ１４の下降停止状態を示す
ものである。図２の装置の相当部材には同一符号を付し
てある。この図４に示されているように、チップ１４の
先端は液体試料の液面３３下に位置するように制御さ
れ、この位置で停止させられている。そして、この液面
下２〜４ｍｍの所定の位置にチップ１４の先端が設定さ
れているような状態で、気体供給装置２５から気体の供
給が行われることになる。さらには、この時のチップ１
４内部の圧力が圧力センサ２７によって検出されること
になる。

【００１５】図５は、チップ１４の先端部１４ｂが液面
下で気泡を生成するときの様子を説明した図である。こ
の図５に示されているように、チップ先端部１４ｂにお
ける気泡生成においては、３つの段階がある。すなわ
ち、第１の段階である図５ａでは気泡の曲率半径は非常
に大きく、表面を横切っての圧力差は小さくなる。気泡
が大きくなりＲが減少すると、気泡の中の圧力が大きく
なり、気泡がその半径Ｒ＝ｒ（チップ先端部１４ｂの内
径の１／２）の半球になるまで圧力は増大する（図５
ｂ）。そして、この点を過ぎると、気泡が増大するにつ
れＲが再びｒより大きくなり、圧力は落ち、空気が泡の
中に急に入ってくる。そして、気泡は不安定になり、チ
ップ先端部１４ｂから離れるようになる。ここで、図５
ｂは、最小半径の時を示すものであり、この時が最大気
泡圧を示すようになる。そして、この最大泡圧の測定か
ら表面張力Γの値が求められることになる。なお、この
ときの圧力は、（１）式に示されるようなものとなる。

【００１６】ΔＰ＝２Γ／ｒ …（１） 図６は、気体供給装置２５が作動し、チップ１４が下降
し、そして停止して圧力測定を行った場合のチップ１４
内部の圧力変化を示したものである。図６中のは、気
体供給装置２５から気体が供給されていない状態を示
し、この場合にはチップ１４の内部は大気圧Ｐ₀ をと
る。そして、気体供給装置２５が作動して配管系１２を
介してチップ１４に気体が供給され始めると、図６の
に示されるようにチップ１４内部の圧力は上昇していく
ようになる。そしてさらに、一定時間経過後には、チッ
プ１４内部の圧力は定常状態を取り（図６の部分、こ
の時の圧力をＰｏ_ｆｆと表している）、その後チップ先
端部１４ｂが液面３３に接するとチップ１４内部の圧力
が上昇していく（図６中の）。ここで、上述したよう
に、Ｒ＝ｒになるまでチップ１４の内部の圧力は上昇
し、この極大の部分が最大気泡圧ΔＰの値を取ることに
なる。従って、図６のにおいて、最大気泡圧ΔＰを測
定し、これをもとにしてチップ先端部１４ｂの内径から
表面張力Γが求められることになる。このときの計算は
制御回路２９の内部で行われることになるが、最大気泡
圧測定時（表面張力算出時）にチップ先端部の動きが停
止されるため、チップ先端部１４ｂが水面下に潜ってい
くことによる水圧の上昇を考慮することなく容易に表面
張力の値が求めることができることになる。

【００１７】以下、検出された表面張力により、シリン
ジポンプ１０をどのように制御するかを説明していくこ
とにする。

【００１８】ここで図７には、図２に示される液体分注
装置のシリンジポンプ駆動系すなわちモータ２１（ピス
トン１０ｂ）の動作制御の一例を示す動作マップと、こ
の動作に伴うチップ１４内部での圧力変化が示されてい
る（ただし、圧力の大きさが図６とは大きく異なること
に注意しなければならない）。

【００１９】ここで図７の圧力の高さは、液体の粘性や
表面張力等に依存しており、シリンジポンプの移動量が
同じであっても液体の性質が異なると、異なった波形を
示すこととなる。波形が異なれば、分注量も異なってく
る。

【００２０】図７においては、α，βの領域で液体試料
の分注が行われる。このため、α，βの領域では、吐出
動作を行うようにモータ２１が駆動し、シリンジポンプ
１０の圧力が上昇する。そして、γの領域では、モータ
２１の逆転動作が行われてシリンジポンプ１０の内圧が
急降下すると、チップ１４の先端部分に液玉が生成しな
くなる。

【００２１】このときに、本実施例の分注装置において
は、液体試料の表面張力の大きさに応じてピストン１０
ｂの動作が制御されるので、例えば上述のように分注動
作を行った場合には、個々の液体の特性に追従した液体
分注を行うことが可能となる。すなわち、液体試料の表
面張力が大きかった場合には、チップ先端１４ｂから押
し出しにくく、通常よりも圧力を高く（シリンジピスト
ンの移動量を多く）する必要がある。一方、液体試料の
表面張力が小さかった場合には、チップ１４ａから押し
出しやすいので、圧力を下げる必要がある。すなわち、
シリンジポンプの移動量を少なくする必要がある。

【００２２】ところで、分注には、検体をサンプル管に
それぞれ分注するサンプル分注と、サンプル管に分注さ
れているサンプルに所定量の試薬をそれぞれ分注する試
薬分注があるが、本実施例に係る液体分注装置は液体試
料の表面張力を検出してから分注動作を行うために、サ
ンプル分注及び試薬分注のいずれの場合でも、精度良く
分注動作を行うことができる。また、液体試料に界面活
性剤が混合されているような場合でも、同様の理由で、
精度良く分注動作を行うことができる。

【００２３】また、本実施例に係る液体分注装置におい
ては、従来からの気体を供給してその圧力変化を測定す
ることにより液面の検出を行う、通常の液面検出器で圧
力変化を測定することにより表面張力を測定することが
できるようになるので、従来からの液面検出機構に単純
な改良を加えることにより容易に構成することが可能で
ある。

【００２４】

【発明の効果】以上のようにして、本発明に係る液体分
注装置においては、あらかじめ表面張力を算出してから
分注動作を行うので、使用される液体試料の種類やチッ
プの種類による分注量のばらつきを防止することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液体分注装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】本実施例に係る液体分注装置の構成を示す図で
ある。

【図３】本実施例に係る液体分注装置の動作の流れを示
すフローチャートである。

【図４】液体試料の表面張力を測定するときの様子を説
明するための図である。

【図５】液体試料の表面張力を測定するときの様子を説
明するための図である。

【図６】液体試料の表面張力を測定するときのチップ内
部での微小な圧力変化を示す図である。

【図７】本実施例に係る液体分注装置のシリンジポンプ
駆動系の動作制御の一例を示す図である。

【図８】従来からの分注装置の基本的な構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１０ シリンジポンプ １０ａ シリンダ １０ｂ ピストン １２ 配管系 １４ チップ １４ｂ チップ先端部 １６，２１ シリンジポンプ駆動系 ２３ チップ駆動系 ２５ 気体供給装置 ２７ 圧力センサ ２９ 制御回路 ３１ アンプ ３３ 液面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンとシリンダとからなるシリンジ
   ポンプと、このシリンジポンプの液体試料の供給・吸入
   口に接続されている配管系と、この配管系の先端部に設
   置され液体試料の滴下を行うチップと、前記シリンジポ
   ンプのピストンを移動させる駆動系と、を有し、前記チ
   ップ先端から液体試料を滴下することにより分注動作を
   行う分注装置において、 前記チップを上下方向に移動させるチップ移動手段と、 前記チップに気体を供給する気体供給手段と、 前記チップ内部の圧力を検出する圧力検出手段と前記チ
   ップ内部の圧力の変化に応じて前記チップ移動手段及び
   前記駆動系の動作を制御する制御手段と、 を含み、 前記制御手段は、前記チップの先端が液体試料内に設定
   されている状態で該チップ先端から気体が放出された時
   の該チップ内部の圧力から該液体試料の表面張力を算出
   する演算部を含み、 この制御手段が、前記気体供給手段から供給される気体
   を先端から放出するチップを下方へ移動させ、該チップ
   内部の圧力が上昇したときに該チップの下方への移動を
   停止させ、該チップが停止した状態で検出される該チッ
   プ内部の圧力から液体試料の表面張力を算出し、算出さ
   れた表面張力の算出値を取り込んで前記駆動系の動作を
   制御することにより、分注される液体試料の表面張力の
   大きさに応じて分注動作を変化させることを特徴とする
   分注装置。
2. 【請求項２】 ピストンとシリンダとからなるシリンジ
   ポンプと、このシリンジポンプの液体試料の供給・吸入
   口に接続されている配管系と、この配管系の先端部に設
   置され液体試料の滴下を行うチップと、前記シリンジポ
   ンプのピストンを移動させる駆動系と、を有し、前記チ
   ップ先端から液体試料を滴下することにより分注動作を
   行う分注装置であって、 前記チップを上下方向に移動させるチップ移動手段と、 前記チップに気体を供給する気体供給手段と、 前記チップ内部の圧力を検出する圧力検出手段と、 前記チップ内部の圧力の変化に応じて前記チップ移動手
   段及び前記駆動系の動作を制御する制御手段であって、
   前記チップの先端が液体試料内に設定されている状態で
   該チップ先端から気体が放出された時の該チップ内部の
   圧力から該液体試料の表面張力を算出する演算部を含む
   前記制御手段と、 を含む分注装置において、 前記気体供給手段から供給される気体を先端から放出す
   るチップを下方へ移動させる工程と、 前記チップ内部の圧力が上昇したときに前記チップの下
   方の移動を停止させる工程と、 前記チップが停止した状態で検出される該チップ内部の
   圧力から液体試料の表面張力を算出する工程と、 算出された表面張力の算出値を取り込む工程と、 を含み、 表面張力の算出値を取り込んで前記駆動系の動作を制御
   することにより、分注される液体試料の表面張力の大き
   さに応じて分注動作を変化させることを特徴とする分注
   装置の制御方法。