JPH06347381A - 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において相互作用を算出し、この算出された
相互作用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。例えば分注装
置は、大幅な省力化のために検体検査における自動分析
装置の前処理装置として使われている。

【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７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】チップ１４からサンプルチューブ１７に分
注が行われる様子が図８に示されている。まず、サンプ
ルチューブ１７内にチップ１４の先端が挿入されるよう
にチップ１４が下降する（図８（ａ））。このようなノ
ズルダウンが行われ、チップ１４の先端がサンプルチュ
ーブ１７の底部近傍に到達した後、チップ１４の先端か
ら液体試料が吐出される（図８（ｂ））。チップ１４か
ら液体試料が吐出されるにつれてサンプルチューブ１７
内の液体試料の液面が上昇してくるが、この液面の上昇
に伴ってチップ１４も上昇し追従吐出が行われる（図８
（ｃ））。液面の上昇に伴ってチップ１４が上昇するの
は、チップ１４先端の濡れ量（チップ先端に付着する液
体の量）が一定になるようにするためである。サンプル
チューブ１７に所定量の液体試料が分注されると、ノズ
ルアップされて分注動作が終了する（図８（ｄ））。な
お、チップ１４内に貯留される液体試料は、チップ１４
の先端にかかる圧力を一定にするために、一定の高さｈ
に設定されている。

【０００５】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
ンプルチューブに滴下される必要がある。ところが、チ
ップ１４の材質や、形状更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。

【０００６】

【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
てしまい、結果として分注量のばらつきとなっている。

【０００７】これは、使用される液体試料とチップの相
互作用がそれぞれ異なることも原因のうちの１つであ
る。

【０００８】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とチップの相互作用に応じた
分注動作を行う分注装置を提供することにある。

【０００９】

【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、検
体検査において使用されるディスポーザブルチップを用
いた分注装置において、チップ先端より空気を吐出する
ことにより分注する液体とチップ間の濡れ力を検出する
機構を設けたことを特徴とする。また、分注する液体と
チップ間の濡れ力を検出することにより、分注量の補正
を行うことを特徴とする。

【００１０】より具体的には、本発明に係る液体分注装
置は、ピストンとシリンダとから成るシリンジポンプ
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とチップの相互作用を算出する
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とチップの相互作用を
算出する工程と、算出された相互作用の算出値を取り込
む工程と、を含み、相互作用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
料とチップの相互作用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。

【００１１】

【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とチッ
プの相互作用が算出される。そして、算出された相互作
用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とチップの相互作用
の大きさに応じて分注動作が変化する。

【００１２】

【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。

【００１３】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、前記チップ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
に設置され相互作用の算出を行う演算部Ｅとを有してい
る。

【００１４】本実施例に係る分注装置の特徴は、検体検
査において使用されるディスポーザブルチップを用いた
分注装置において、チップ先端より空気を吐出すること
により分注する液体とチップ間の濡れ力を検出する機構
を設けたことである。また、分注する液体とチップ間の
濡れ力を検出することにより、分注量の補正を行うこと
である。

【００１５】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。

【００１６】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、相互作用の
算出が行われることになる（Ｓ１０５）。そして、算出
された相互作用が液体試料とチップの相互作用の値とし
て取り込まれ（Ｓ１０６）、取り込まれた相互作用の値
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）。

【００１７】ここで、液体試料とチップの相互作用を算
出する場合には、その前提として、空気と液体試料の界
面張力（表面張力）を求める必要がある。以下に、液体
試料とチップの相互作用の算出方法と、この算出におい
て必要なパラメータである前記界面張力の算出方法を説
明する。

【００１８】図４には、前記界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の先端が位
置し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。更には、この時のチップ１４内部の圧
力が圧力センサ２７によって検出される。

【００１９】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状態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、最小半径の時の状態を示すものであり、この時が
最大気泡圧を示すようになる。そして、この最大気泡圧
の測定値から前記界面張力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。

【００２０】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。そして更に、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Ｐ_off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。ΔＰを頂
点とする波状の波形は、チップ先端部１４ｂが液面３３
に接触し、先端部１４ｂより気泡が出ていることを意味
する。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
前記界面張力Γが求められる。

【００２１】この最大気泡圧ΔＰより算出された界面張
力Γを用いて、液体の濡れに依存する力Ｆは下式で表さ
れる。

【００２２】Ｆ＝２Γｃｏｓθ／（γ−［γ´］）ｒ ここで、θは液体と管の接触角であり、γは液体の比
重、［γ´］は空気の比重である。液体試料は、上記Ｆ
の力でチップ１４内に入り込もうとするため、このＦは
液体試料中で気泡を発生させる時に気泡の発生間隔を支
配する要因となる。よって、気泡の発生周期を知ること
により、濡れの力の大きさを測定することができる。

【００２３】このような計算は制御回路２９の内部で行
われることになるが、最大気泡圧測定時（相互作用算出
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相互作用の値を求めることが
できる。

【００２４】シリンジポンプ１０で液体を分注する本実
施例の分注装置においては、ピストン１０ｂの駆動によ
りチップ１４内の圧力を減圧し、当該チップ１４内に液
体試料を吸引している。釣合状態におけるチップ１４内
の圧力は、当該チップ１４内に入った液体の高さｈによ
る水頭圧値と等しいとされている。よって、シリンジポ
ンプ１０の駆動量は、チップ１４に入っている液体の高
さ分の圧力の補正を行う必要がある。ところがこの補正
は、液体の種類が違うと（例えば、水とアルコールのよ
うに）補正値は全く異なってくる。

【００２５】このことは、分注（液体の吐出）でも全く
同様である。この補正値は液体の物性だけに起因するも
のでなく、液体とチップ間の相互作用も原因の１つとな
っている。そこで、チップが違っただけでも補正値は異
なってくる。実際に分注を行う液体試料は全く同じ物で
はなく、様々な種類のものがあるため、その補正値は厳
密にいうとそれぞれ異なってくる。

【００２６】ところで、その補正値を使うためには、分
注する液体がどの補正値に相当するかということと、そ
の液体とチップの相互作用を知る必要がある。分注装置
の補正値が異なる原因は、液体の物性と、チップ１４の
物性の相互作用に起因している。これは、一般的に「濡
れ」と呼ばれている。この濡れを分注直前に知ることが
できればそれに対応する補正値をテーブルとしてもつ
か、もしくは表面張力をパラメータとして、補正値を計
算で算出することにより精密な分注を行うことができ
る。濡れ力の検出は、液体の中に筒を入れエアーを吐出
したときに液中にある筒の先端より泡ができる。このと
きの配管内の圧力を測定し、その最大値がどの繰り返し
時間で出るかを測定することにより知ることができる。
これを測定するために、液体試料の液面を、分注装置が
備えている液面検出機構により検出する。液面検出機構
は、一般的には、シリンジポンプ１０を駆動してチップ
１４の先端からエアーを吐出した状態で配管内の圧力を
モニタし、液面に接触したときの圧力変化を検出して液
面を検知する。従って、この液面検出機構をそのまま利
用することにより、チップ１４の先端の濡れ力が測定で
きる。

【００２７】具体的に濡れ力は、分注装置が備えている
液面検出機構を用いて以下のように測定される。まず、
分注装置の液面検出機構で液面を検出し、シリンジポン
プ駆動系１６でシリンジポンプ１０を駆動させてチップ
１４先端からエアーを吐出させる。そして、チップ先端
１４ｂを、チップ駆動機構２３で、配管１２内の圧力を
モニタしつつ、液面に接触するまで下降させる。

【００２８】液面にチップ先端１４ｂが接触すると配管
１２内の圧力が上昇する。これを検出して液面と判断し
たところで、チップ１４の下降を停止する。そして、こ
の停止した状態のままで、シリンジポンプ１０を駆動し
てチップ先端１４ｂよりエアーを吐出する。このとき配
管系１２内の圧力を圧力センサ２７で測定し、その最大
値ΔＰを求めると共に、この最大値ΔＰを採る周期を測
定する。そして、この周期（時間）が濡れ力に相当する
ため、これに対応した分注量の補正を行う。

【００２９】分注量の補正の方法は、とりあえず２つの
方法が考えられる。第１はテーブル方式であり、この方
式では、分注量の補正はある精度範囲内に入っていれば
よいとされることから、表面張力を適度な範囲に区切り
その範囲内では同じテーブルを用い、補正を行う。第２
は計算方式であり、この方式では、分注量の補正は表面
張力をパラメータとする所定の数式で表される。よっ
て、この数式のパラメータに測定して得た値を代入して
補正値を求めて補正を行う。

【００３０】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
料とチップの相互作用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。

【００３１】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相互作用を測定することが
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。

【００３２】

【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、あらかじめ相互作用を算出してから
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】液体試料とチップの相互作用を測定するときの
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】液体試料とチップの相互作用を測定するときの
チップ内部での微小な圧力変化を示す図である。

【図７】従来の分注装置の基本的な構成を示す図であ
る。

【図８】チップからサンプルチューブに分注が行われる
様子を示す図である。

【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成るシリンジ
   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とチップの相互作
   用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とチップの相互作用を算出
   し、算出された相互作用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と
   チップの相互作用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とチップの相互作用を算出する演算
   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
   圧力から液体試料とチップの相互作用を算出する工程
   と、 算出された相互作用の算出値を取り込む工程と、 を含み、 相互作用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とチップの相互作
   用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。