WO2019150757A1 - 分注装置、チップ装着方法およびチップ除去方法 - Google Patents

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WO2019150757A1
WO2019150757A1 PCT/JP2018/044647 JP2018044647W WO2019150757A1 WO 2019150757 A1 WO2019150757 A1 WO 2019150757A1 JP 2018044647 W JP2018044647 W JP 2018044647W WO 2019150757 A1 WO2019150757 A1 WO 2019150757A1
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WO
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tip
piston
dispensing device
chip
disposable
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PCT/JP2018/044647
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匡 柴原
修孝 隈崎
俊樹 山形
Original Assignee
株式会社日立ハイテクノロジーズ
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    • GPHYSICS
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    • G01N2035/1027General features of the devices
    • G01N2035/103General features of the devices using disposable tips

Definitions

  • the present disclosure relates to a dispensing device that sucks and discharges a liquid sample, a tip mounting method, and a tip removal method.
  • the dispensing device includes a tip, a pipette device for sucking and discharging a liquid sample in the tip, a transport device for transporting the pipette device, and the like. A predetermined amount of the sample or reagent is sucked from the storage container into the chip by a dispensing device, and is discharged to a predetermined small container.
  • a plastic disposable disposable tip is used as a replaceable tip in order to prevent mixing and contamination thereof.
  • the tip is detachably attached to the tip of the pipette device, and a dispensing operation is performed by replacing the tip with a new disposable tip each time suction and discharge operations are performed.
  • the operation of loading and unloading the disposable chip performed by the automatic dispensing device is automated.
  • Patent Document 1 discloses a method of using a chip removal plate having a U-shaped notch as a method of removing a disposable chip.
  • the method is as follows. First, the pipette device equipped with the disposable tip is lowered to a position lower than the height of the fixed disposable tip removing plate. Next, the nozzle is moved horizontally, and the cylindrical portion on which the disposable tip is mounted is inserted into the U-shaped notch. Then, the disposable chip is removed by raising it vertically while hooking the upper edge of the disposable chip on the U-shaped notch.
  • Patent Document 2 is equipped with a dedicated drive component (such as an air cylinder or a motor) for removing the disposable tip.
  • Patent Document 3 discloses a method of using a motor that drives a piston of a pipette device to push down a tip removal arm downward with a single motor to release a disposable tip.
  • Pneumatic dispensing equipment that draws and discharges liquid samples using pressure reduction due to air expansion or air compression is important to achieve both high-precision and high-throughput dispensing and downsizing of the equipment. It is.
  • the disadvantage of the pneumatic dispensing device is that air, which is a compressible fluid, is used as the medium for sucking the liquid. Therefore, if the amount of the medium is large, a high-speed and high-precision dispensing operation is difficult due to the damping effect. It is to become.
  • Patent Document 1 describes a method in which a nozzle chip is hooked and removed from a plate having a U-shaped notch. According to this method, a space for installing the nozzle chip in the apparatus and a space (trash box) for discarding the nozzle chip are required, and the entire apparatus becomes large.
  • the piston drive mechanism and the disposable tip attaching / detaching mechanism of the pipette device are integrated, and the disposable tip attaching / detaching mechanism is realized and miniaturized by the same drive system, but the removing jig is pushed out. Requires a separate mechanism. Therefore, it is necessary to include the stroke for pushing out the removing jig in the pushing stroke of the piston of the pipette device, and the amount of the pressure medium increases. That is, there is a problem that it is difficult to reduce the size of the apparatus. As described above, a high-speed and high-precision dispensing operation is possible without increasing the amount of air, and a miniaturized dispensing device has not yet been realized.
  • This disclosure has been made in order to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a dispensing device that can be dispensed at high speed and high accuracy and is miniaturized.
  • a dispensing device that sucks a liquid sample into a disposable tip and discharges the sucked liquid sample, and includes a piston receiving portion into which a piston is inserted, and a tip of the piston receiving portion.
  • Dispensing device comprising: a chip detaching part to be removed by pressing the mounted disposable chip; and a force acting part that moves in the direction opposite to the moving direction of the chip detaching part in conjunction with the chip detaching part.
  • the tip mounting method in the dispensing device is such that the first motor is driven to push the piston into the piston receiving portion, and the force acting portion and the tip removing portion that move in conjunction with each other in the opposite direction can be folded. And a step of driving the second motor to lower the tip of the piston receiving portion toward the disposable tip, and pushing up the tip removing portion to attach the disposable tip to the tip of the piston receiving portion.
  • a chip mounting method including:
  • a tip removal method for removing a disposable tip attached to a tip of a piston receiving portion provided in a dispensing device, wherein the piston is pulled out from the piston receiving portion by driving a motor and moved in conjunction with each other in opposite directions.
  • a step of pushing down the tip detaching portion by pushing up the force acting portion with the piston, and pushing out and removing the disposable tip attached to the tip of the piston receiving portion.
  • a chip removal method is provided. This specification includes the disclosure of Japanese Patent Application No. 2018-018195, which is the basis of the priority of the present application.
  • FIG. 1 is a view showing a dispensing apparatus 100 of a comparative example.
  • the dispensing apparatus 100 includes a base 101 having an L shape as a whole, and a motor 102 is provided on the base 101.
  • the base 101 is rotatably provided with a screw shaft 104 made of a trapezoidal screw or a ball screw connected to the rotation shaft of the motor 102 via a coupling 103.
  • the screw shaft 104 is provided with a slider 106 through which the screw shaft 104 passes and a nut 105 screwed to the screw shaft 104.
  • the slider 106 is connected to a linear guide 107 provided on the base 101, and each of the nut 105 and the slider 106 is movable up and down or slidable along the direction of the arrow S shown in the drawing. .
  • the slider 106 is joined to a piston 108 that protrudes downward, and is configured to move up and down without rotating.
  • the piston 108 and the piston receiving portion 109 constitute a pipette mechanism, and play the role of a pump by the above-described vertically moving mechanism.
  • a disposable tip 110 is attached to the tip of the piston receiving portion 109.
  • a chip removal unit 111 is provided above the disposable chip 110.
  • the chip removing part 111 is provided with a U-shaped notch or a through hole having a diameter smaller than the diameter of the opening of the disposable chip 110.
  • the tip detaching part 111 is always urged upward by a spring material 112 such as a spring connected to the upper end of the chip detaching part 111 and the base 101 and is configured to be movable up and down along the arrow S. .
  • the dispensing apparatus 100 is installed on an automatic stage (not shown) that is freely driven in the horizontal and vertical directions.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the dispensing apparatus 100.
  • the dispensing operation by the dispensing apparatus 100 of the comparative example and the removing operation of the disposable chip 110 will be described.
  • the dispensing device 100 attaches the disposable tip 110 to the tip of the piston receiving portion 109.
  • the piston 108 moves up and down together with the slider 106 to decrease (or increase) the internal pressure of the piston receiving portion 109, and the liquid sample is disposable. Suction (or ejection from the disposable chip 110) is performed on the chip 110.
  • FIG. 2A the range of the screw shaft 104 used for the dispensing operation is indicated by an arrow D.
  • the dispensing apparatus 100 discharges the liquid sample in the disposable chip 110 and further drives the motor 102 to rotate the screw shaft 104. .
  • the piston 108 moves down together with the slider 106, the upper end of the tip removing portion 111 and the slider 106 come into contact with each other, and the tip removing portion 111 together with the spring material 112 moves downward as shown in FIG.
  • the disposable tip 110 that is pushed down and attached to the tip of the piston receiving portion 109 is detached from the piston receiving portion 109 and detached.
  • the range of the piston 108 used for the removal operation of the disposable chip 110 is indicated by an arrow R.
  • the pushing stroke amount of the piston 108 for taking out the disposable tip 110 needs to be included in the pushing stroke amount for dispensing. There is a problem of increasing.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the dispensing device 300 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the dispensing apparatus 300 has a base 201 whose overall shape is a box shape, and a motor 102 is provided on the base 201.
  • the motor 102 is connected to a control PC (Personal Computer) 901 and controlled by a control signal.
  • the base 201 is rotatably provided with a screw shaft 104 made of a trapezoidal screw or a ball screw connected to the rotation shaft of the motor 102 via a coupling 103.
  • the screw shaft 104 is provided with a nut 105 and a slider 106 that are screwed together.
  • the slider 106 is connected to a linear guide 107 provided on the base 201, and each of the nut 105 and the slider 106 is movable up and down or slidable along the direction of the arrow S shown in the drawing. .
  • the slider 106 is joined to a downwardly projecting piston 208 (dotted line), and is configured to move up and down without rotating.
  • the piston 208 and the piston receiving portion 109 (dotted line) constitute a pipette mechanism, and play the role of a pump by the above-described vertically moving mechanism.
  • a disposable tip 110 is attached to the tip of the piston receiving portion 109.
  • a chip removal unit 111 is provided above the disposable chip 110.
  • the chip removal portion 111 is provided with a U-shaped notch or a through hole having a diameter smaller than the diameter of the opening of the disposable chip 110 and is configured to be movable up and down along the arrow S.
  • the disposable chip 110 is pushed out and removed when the chip removing unit 111 is lowered.
  • the dispensing apparatus 300 is installed on an automatic stage (not shown) that is freely driven in the horizontal direction and the vertical direction.
  • a rod 301 is connected to the piston 208 by a link or a pin so as to be rotatable with respect to the piston 208, and other rods 302 and 303 are rotatably connected to the rod 301 at both ends of the rod 301. Yes. Therefore, the structure formed by the rods 301 to 303 can be extended or folded.
  • the link L provided at the end of the rod 303 can move along the guide rail 304 provided in the base 201.
  • the rod 302 is lifted upward as shown in FIG. Can be pushed downward. That is, the rod 303 functions as a force acting part for pushing down the chip removing part 111 downward, and the chip removing part 111 and the force acting part form a structure having a rotation axis.
  • the dispensing apparatus 300 of the present disclosure can remove the disposable chip 110 by pushing down the chip removing unit 111 using this mechanism.
  • the dispensing apparatus 300 first mounts the disposable tip 110 on the tip of the piston receiving portion 109 by lowering the automatic stage. Subsequently, the motor 102 is driven under the control of the control PC 901, and the piston 208 (dotted line) is moved up and down together with the slider 106 to decrease (or increase) the internal pressure of the piston receiving portion 109 (dotted line). Suction (or discharge from the disposable chip 110) is performed.
  • the dispensing device 300 of the first embodiment does not have a structure in which the piston 208 is pushed downward in order to remove the disposable tip 110. That is, it is not necessary to secure a space for stroke of the piston 208 in order to remove the disposable chip 110. Therefore, when performing the above-described dispensing operation, the piston 208 (dotted line) can vibrate at a position below the piston receiving portion 109 (dotted line) (near the innermost portion). That is, the amount of the pressure medium is much smaller than that of the dispensing device 100 of the comparative example, and in principle, the amount of the pressure medium in the piston receiving portion 109 can be made almost zero.
  • the dispensing apparatus 300 When the dispensing operation is completed and the disposable chip 110 needs to be replaced, the dispensing apparatus 300 first discharges the liquid sample in the disposable chip 110. Subsequently, the control PC 901 drives the motor 102 to raise the piston 208 together with the slider 106. After the upper end of the slider 106 comes into contact with the link L provided at the end of the rod 303, the rod 303 is pushed upward along the rail 304 as the slider 106 rises. The dispensing operation is performed by vibrating the slider 106 and the piston 208 in a range where the link L of the rod 303 and the upper end of the slider 106 do not contact each other.
  • the rods 302 and 303 are rotatably connected to the rod 301 at both ends of the rod 301. Therefore, as the rod 303 rises, the rod 301 rotates clockwise about the rotation center 305. At the same time, the rod 302 is pushed downward as the rod 301 rotates.
  • the lower end of the rod 302 is rotatably attached to the upper end of the chip removal unit 111 and a link L (or pin) or the like, and the chip removal unit 111 is pushed downward as the rod 302 descends.
  • the disposable tip 110 attached to the lower portion of the piston receiving portion 109 is detached from the piston receiving portion 109 and detached.
  • FIG. 4 is a diagram showing an operation of removing the disposable chip 110.
  • FIG. 4a shows a state in which the rods 301 to 303 are folded
  • FIG. 4b shows a state in which the rods 301 to 303 are extended.
  • an arrow P indicates a range in which the piston 208 operates to remove the disposable tip 110
  • an arrow R indicates a range in which the tip removal unit 111 operates in conjunction with the rod 303.
  • the dispensing device 300 is changed from the state shown in FIG. 4A to the state shown in FIG. 4B by the above-described operation, and the disposable chip 110 is detached.
  • FIG. 5 is a diagram showing a state in which the disposable chip 110 is mounted.
  • the control PC 901 outputs a control signal to drive the motor 102 and lower the piston 208 together with the slider 106.
  • the control PC 901 outputs a control signal to drive the stage moving motor 112 to move the dispensing device 300 to a position directly above the tip holder 501 on which the disposable tip 110 is installed.
  • the dispensing device 300 is lowered, and the disposable tip 110 is attached to the tip of the piston receiving portion 109.
  • the chip removing unit 111 and the rod 302 are pushed up. Subsequently, when the stage is moved to raise the dispensing device 300 to the position directly above, the state shown in FIG. 5B is obtained, and the mounting of the disposable chip 110 is completed. It is also possible to determine whether or not the disposable chip 110 has been normally attached to the piston receiving portion 109 using a light / dark sensor or the like.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a processing flow of the control PC 901.
  • the control PC 901 drives the dispensing motor 102 to move the position of the piston 208 to the vicinity of the maximum discharge position.
  • the vicinity of the maximum discharge position means within a predetermined range from the position where the piston 208 is most inserted into the piston receiving portion 109.
  • the amount of the pressure medium can be regarded as substantially zero.
  • S602 When the position of the piston 208 is at the maximum discharge position, the process proceeds to S603. When the position of the piston 208 is not at the maximum discharge position, the process of S601 is repeated again. Whether the piston 208 is at the maximum discharge position is determined by measuring the position of the slider 106, for example.
  • the control PC 901 drives the motor 112 for moving the stage and lowers the stage to attach the disposable chip 110 to the tip of the piston receiving portion 109.
  • FIG. 7 is a diagram showing a processing flow of the control PC 901.
  • the operations S701 to S703 when the dispensing device 300 removes the disposable chip 110 will be described below with reference to FIG.
  • S701 When removing the disposable tip 110 from the tip of the piston receiving portion 109 provided in the dispensing apparatus 300, the control PC 901 drives the dispensing motor 102 to move the position of the piston 208 to the maximum suction position.
  • the maximum suction position means a position where the piston 208 is most pulled out from the piston receiving portion 109.
  • S702 When the position of the piston 208 is at the maximum suction position, the process proceeds to S703. If the position of the piston 208 is not at the maximum suction position, the process of S701 is repeated again.
  • Whether the piston 208 is at the maximum suction position is determined by, for example, measuring the position of the slider 106. (S703)
  • the control PC 901 drives the dispensing motor 102 and further raises the stage, thereby lifting the piston 208 and lowering the tip removing portion 111 to remove the disposable tip 110 from the tip of the receiving portion 109.
  • the pushing stroke of the tip removing unit 111 for removing the disposable tip 110 is included in the stroke for pulling the piston 208. Therefore, unlike the method of removing the disposable tip 110 by pushing the piston 208 into the piston receiving portion 109, the amount of air in the piston receiving portion 109 can be reduced. Therefore, the dispensing apparatus 300 according to the present disclosure reduces the damping effect of the pressure medium, and can perform dispensing at high speed and with high accuracy.
  • the dispensing device 300 since the dispensing device 300 includes the pushing stroke for removing the disposable tip 110 in the stroke for pulling the piston 208, the same motor 102 is used to perform the dispensing operation and the disposable tip 110 removing operation. Both can be executed and the entire apparatus is downsized.
  • FIG. 8 is a view for explaining the dispensing device of the second embodiment.
  • the dispensing device of the second embodiment has the same operating principle as that of the dispensing device 300 of the first embodiment for removing the disposable tip 110, but the rotation of the rod 602 that is rotatably connected to the piston 208.
  • the position of the center 605 is different from the dispensing apparatus 300 of the first embodiment.
  • the rotation center 605 of the rod 602 has a distance to the connection location with the rod 601 and a distance to the connection location with the rod 603. Is provided at a position where H1: H2 (H1 ⁇ H2 in the figure). That is, the rod 603 moves greatly with respect to the small movement of the rod 601.
  • the amount of movement of the rod 601 along the guide rail 604 is indicated by V1
  • the amount of movement of the chip removal unit 111 is indicated by V2.
  • FIG. 9 is a view for explaining the dispensing device of the third embodiment.
  • the dispensing operation is controlled using a rack and pinion 700 including a gear 702 and racks 701 and 703 instead of the plurality of foldable rods 301 to 303.
  • the gear 702 has a rotation center 705 and is rotatably attached to the base 201.
  • the teeth of the gear 702 and the rack 701 are engaged with each other, and the rack 701 is raised or lowered in conjunction with the rotation of the gear 702.
  • the teeth of the gear 702 and the rack 703 are engaged with each other, and the rack 703 is raised or lowered in conjunction with the rotation of the gear 702.
  • the rack 701 is lifted with the upper end 704 of the rack 701 coming into contact with the slider 106 (FIG. 9B).
  • the gear 702 rotates clockwise and the rack 703 descends.
  • the rack 703 is connected to a chip removal unit 111.
  • the rack 703 When the rack 703 is lowered, the disposable chip 110 is pushed out and detached from the tip of the piston receiving unit 109. That is, the rack 701 functions as a force application unit for pushing down the chip removal unit 111 downward.
  • the suction and discharge of the liquid are performed by pushing and pulling the slider 106 and the piston 208 within a range where the slider 106 does not contact the upper end 704 of the rack 701 (FIG. 9A).
  • the dispensing apparatus of the third embodiment uses the same motor 102 for dispensing applications and for removing the disposable chip 110, similarly to the dispensing apparatus 300 of the first embodiment, the apparatus can be downsized. Is possible.
  • the dispensing device of the third embodiment has a specification in which the rack 703 is lifted upward to lower the rack 703 to push out the disposable chip 110 and remove it. That is, the pushing stroke of the chip removing portion 111 for removing the disposable chip 110 is included in the stroke for pulling the piston 208. Therefore, unlike the method of removing the disposable tip 110 by pushing the piston 208 into the piston receiving portion 109, the amount of air in the piston receiving portion 109 can be reduced.
  • the dispensing device of the third embodiment can reduce the damping effect of the pressure medium and can perform dispensing at high speed and with high accuracy.
  • the gear 702 may be realized by another member (rotating body) having a rotating shaft, and this embodiment does not limit the shape of the rotating body.
  • FIG. 10 is a view for explaining the dispensing device of the fourth embodiment.
  • FIG. 10 shows only a component 800 for removing the disposable chip 110 to refer to the difference from the first embodiment.
  • the dispensing device according to the fourth embodiment is different from the dispensing device 300 according to the first embodiment in that the upper end of the tip removal unit 111, the base 201, and a spring material 801 (for example, a spring) are connected.
  • the spring material 801 the chip removal portion 111 is constantly urged in the direction of the arrow R shown in FIG. Since the tip detaching portion 111 is urged downward in the vertical direction by the spring material 801, the rod 303 can be lifted upward with less force compared to the case where the spring material 801 does not exist.
  • the driving force for operating the piston 208 to remove the disposable chip 110 can be reduced, and the driving components such as the motor can be downsized. Further, in FIG. 8, when the position of the rotation center of the rod 301 is a position where H1 ⁇ H2, the working distance of the rod 303 can be reduced using the lever ratio, but a large driving force is required.
  • the spring material 801 can be used effectively even in such a case.
  • the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments have been described in detail in order to easily understand the present disclosure, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment.
  • Dispensing device 101 Base 102: Motor 103: Coupling 104: Screw shaft 105: Nut 106: Slider 107: Linear guide 108: Piston 109: Piston receiving portion 110: Disposable tip 111: Tip removing portions 301-303: Rod 304: Rail 305: Center of rotation 501: Tip holder 601 to 603: Rod 604: Rail 605: Center of rotation 701, 703: Rack 702: Gear 704: Upper end 705: Center of rotation 801: Spring material All cited in this specification Publications, patents and patent applications are incorporated herein by reference in their entirety.

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Abstract

高速および高精度に分注可能であり小型化が図られた分注装置を提供する。 分注装置300は、ディスポーザブルチップ110内に液体試料を吸引し、吸引した液体試料を吐出する分注装置300であって、ピストンが挿入されるピストン受け入れ部109と、ピストン受け入れ部109の先端に装着されたディスポーザブルチップ110を押下することによって取り外すチップ取り外し部111と、チップ取り外し部111と連動し、チップ取り外し部111の移動方向とは反対方向に移動する力作用部303と、を備える。

Description

分注装置、チップ装着方法およびチップ除去方法
 本開示は、液体試料を吸入および吐出する分注装置、チップ装着方法およびチップ除去方法に関する。
 従来、医用およびバイオ等の分野において、血液などの検体や試薬等の液体を複数の小容器に分配する分注装置が用いられている。この分注装置は、チップ、当該チップ内に液体試料を吸引および吐出するためのピペット装置、ピペット装置を搬送する搬送装置などから構成される。検体や試薬はそれらの収納容器から、分注装置によってチップに所定量が吸引され、それぞれ所定の小容器に吐出される。
 この種の分注装置では通常、多種類の検体や試薬が連続して処理されるため、それらの混合や汚染等を防止するために、プラスチック製の使い捨てディスポーザブルチップが交換可能なチップとして使用される。チップはピペット装置の先端に取り外し可能に装着され、吸引および吐出操作の度に新たなディスポーザブルチップに交換して分注操作を実施する。自動分注装置によって行われるディスポーザブルチップの装着および取り外しの作業は自動化されている。
 特許文献1には、ディスポーザブルチップを取り外す方法として、U字形の切欠部を持つチップ取り外し板を用いる方法が開示されている。その方法は以下のような方法である。まず、ディスポーザブルチップを装着したピペット装置を、固定されたディスポーザブルチップ取り外し板の高さより低い位置まで降下させる。次にノズルを水平移動させて、ディスポーザブルチップが装着されている円筒部をU字の切欠き部に差し込む。そして、ディスポーザブルチップの上縁部をU字の切欠部に引っ掛けながら垂直に上昇させて、ディスポーザブルチップを取り外すというものである。
 また、特許文献2に示されるピペット装置は、ディスポーザブルチップを取り外すための専用の駆動部品(エアシリンダやモータなど)が搭載されている。さらに、特許文献3には、ピペット装置のピストンを駆動するモータを利用し、1つのモータで、チップ取り外し用アームを下方に押下げて、ディスポーザブルチップを離脱させる方法が開示されている。
特開2007-064706号 特開2010-203773号 特開2004-170076号
 空気の膨張による減圧または空気の圧縮による加圧を利用して液体試料を吸入および吐出する空気圧分注装置は、高精度および高スループットな分注と装置サイズの小型化とを両立させることが重要である。
 空気圧分注装置の欠点は、液体を吸引する際の媒体として圧縮性流体である空気を使用しているため、媒体の量が多いとダンピング効果により、高速および高精度な分注動作が困難となることである。
 また各ユニットおよび分注装置を小型化する場合、ディスポーザブルチップを取り外す方法を工夫することが重要である。上述したように、特許文献1には、U字の切欠部を持つ板にノズルチップを引っ掛けて取り外す方法が記載されている。この方法によると、ノズルチップを装置に設置する空間とノズルチップを廃棄する空間(ゴミ箱)とが必要となり、装置全体が大型化してしまう。
 特許文献2に記載された方法では、ディスポーザブルチップ取り外し用に各々独立したモータおよびソレノイド等の駆動源が取り付けられているため、分注機構が大型化かつ複雑化する。
 特許文献3に記載されたチップ着脱方法では、ピペット装置のピストン駆動機構とディスポーザブルチップ着脱機構とを一体化し、同じ駆動系でディスポーザブルチップ着脱機構を実現し小型化しているが、取り外し治具を押し出す機構を別途必要とする。そのため取り外し治具を押し出すストローク分をピペット装置のピストンの押し出しストロークに含ませる必要があり、圧媒体の量が増加してしまう。つまり、装置の小型化が実現困難になるという課題がある。以上のように、空気量を増やすことなく高速および高精度に分注動作が可能であり、かつ、小型化した分注装置は未だ実現されていない。
 本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであり、高速および高精度に分注可能であり小型化が図られた分注装置を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するために、ディスポーザブルチップ内に液体試料を吸引し、吸引した前記液体試料を吐出する分注装置であって、ピストンが挿入されるピストン受け入れ部と、前記ピストン受け入れ部の先端に装着された前記ディスポーザブルチップを押下することによって取り外すチップ取り外し部と、前記チップ取り外し部と連動し、前記チップ取り外し部の移動方向とは反対方向に移動する力作用部と、を備える分注装置を提供する。
 また、分注装置におけるチップ装着方法であって、第1のモータを駆動してピストンをピストン受け入れ部に押入れ、互いに反対方向に連動して移動する力作用部とチップ取り外し部とが折りたたみ可能な状態にするステップと、第2のモータを駆動して前記ピストン受け入れ部の先端をディスポーザブルチップに向けて降下させ、前記チップ取り外し部を押し上げて前記ピストン受け入れ部の先端に前記ディスポーザブルチップを装着するステップと、を含むチップ装着方法を提供する。
 さらにまた、分注装置が備えるピストン受け入れ部の先端に装着されたディスポーザブルチップを取り外すチップ除去方法であって、モータを駆動してピストンを前記ピストン受け入れ部から引き抜き、互いに反対方向に連動して移動する力作用部とチップ取り外し部とのうち、前記力作用部を前記ピストンにより押し上げることによって前記チップ取り外し部を押し下げ、前記ピストン受け入れ部の先端に装着された前記ディスポーザブルチップを押し出して取り外すステップ、を含むチップ除去方法を提供する。
 本明細書は本願の優先権の基礎となる日本国特許出願番号2018-018195号の開示内容を包含する。
 本開示によれば、高速および高精度に分注可能であり小型化が図られた分注装置を提供することができる。上記以外の課題、構成および効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
比較例の分注装置を示す図である。 分注装置の動作を説明するための図である。 本開示の第1実施形態の分注装置を示す図である。 ディスポーザブルチップを取り外す動作を表した図である。 ディスポーザブルチップを装着する動作を表した図である。 制御PCの処理フローを示す図である。 制御PCの処理フローを示す図である。 第2実施形態の分注装置を説明するための図である。 第3実施形態の分注装置を説明するための図である。 第4実施形態の分注装置を説明するための図である。
 以下、図面に基づいて、本開示の実施形態を説明する。なお、本開示の実施形態は、後述する実施形態に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。また、後述する各実施形態の説明に使用する各図の対応部分には同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。まず、比較例の分注装置について説明する。
<比較例>
 図1は、比較例の分注装置100を示す図である。分注装置100は、全体形状がL型をなすベース101を備え、当該ベース101の上部にはモータ102が設けられている。ベース101には、モータ102の回転軸にカップリング103を介して接続された台形ネジまたはボールネジ等からなるネジ軸104が回転自在に設けられている。
 ネジ軸104には、ネジ軸104を通すスライダ106とネジ軸104に対して螺合されたナット105とが設けられている。スライダ106は、ベース101に設けられたリニアガイド107と接続されており、ナット105とスライダ106とのそれぞれは、図に示された矢印Sの方向に沿って上下動自在または摺動自在である。また、スライダ106は、下方に突出するピストン108と接合し、回転することなく上下動するように構成される。
 ピストン108とピストン受け入れ部109とはピペット機構を構成し、上述した上下動する機構によって、ポンプの役割を果たす。ピストン受け入れ部109の先端には、ディスポーザブルチップ110が装着されている。当該ディスポーザブルチップ110の上方には、チップ取り外し部111が設けられている。チップ取り外し部111はU字状の切欠き、もしくは、ディスポーザブルチップ110の開口部の径よりも小さい径の通し穴が設けられている。チップ取り外し部111の上端とベース101とに接続されたスプリング等のばね材112により、チップ取り外し部111は常時上方へ付勢されていると共に、矢印Sに沿って上下動自在に構成されている。また装置内の様々な場所に設置された小容器に分注するため、分注装置100は水平方向および鉛直方向に自由自在に駆動される自動ステージ(図示せず)上に設置される。
 図2は、分注装置100の動作を説明するための図である。図2を用いて、比較例の分注装置100による分注動作とディスポーザブルチップ110の取り外し動作について説明する。まず、分注装置100はディスポーザブルチップ110をピストン受け入れ部109の先端に装着する。続いて、分注装置100は、モータ102を駆動させてネジ軸104を回転させると、スライダ106と共にピストン108が上下してピストン受け入れ部109の内圧を減少(または増加)させ、液状試料がディスポーザブルチップ110に吸引(またはディスポーザブルチップ110から吐出)される。図2(a)には、分注動作に使用されるネジ軸104の範囲が矢印Dで示されている。
 分注動作が終了し、ディスポーザブルチップ110の交換が必要になった場合、分注装置100は、ディスポーザブルチップ110内の液体試料を吐出し、さらに、モータ102を駆動させてネジ軸104を回転させる。このようにすると、スライダ106と共にピストン108が降下し、チップ取り外し部111の上端とスライダ106とが当接し、図2(b)に示されるように、ばね材112と共にチップ取り外し部111が下方へ押下げられて、ピストン受け入れ部109の先端に装着されたディスポーザブルチップ110はピストン受け入れ部109から取り外されて離脱する。図2には、ディスポーザブルチップ110の取り外し動作に使用されるピストン108の範囲が矢印Rで示されている。
 ピストン受け入れ部109内の空気量が多いと、圧媒体のダンピング効果により、高速および高精度な分注動作が困難となる。比較例の分注装置100では、ディスポーザブルチップ110を取り出すためのピストン108の押し出しストローク量を、分注するための押し出しストローク量に含ませる必要があるため、矢印R分の長さだけ圧媒体が増加するという課題がある。
<第1実施形態>
 図3は、本開示の第1実施形態の分注装置300を示す図である。分注装置300は、全体形状が箱型をなすベース201を有し、このベース201の上部にはモータ102が設けられている。モータ102は制御PC(Personal Computer)901と接続されて制御信号により制御される。ベース201には、モータ102の回転軸にカップリング103を介して接続された台形ネジまたはボールネジ等からなるネジ軸104が回転自在に設けられている。
 ネジ軸104には、螺合した状態のナット105とスライダ106とが設けられている。スライダ106は、ベース201に設けられたリニアガイド107と接続されており、ナット105とスライダ106とのそれぞれは、図に示された矢印Sの方向に沿って上下動自在または摺動自在である。また、スライダ106は、下方に突出するピストン208(点線)と接合し、回転することなく上下動するように構成される。
 ピストン208とピストン受け入れ部109(点線)とはピペット機構を構成し、上述した上下動する機構によって、ポンプの役割を果たす。ピストン受け入れ部109の先端には、ディスポーザブルチップ110が装着されている。当該ディスポーザブルチップ110の上方には、チップ取り外し部111が設けられている。チップ取り外し部111はU字状の切欠き、もしくは、ディスポーザブルチップ110の開口部の径よりも小さい径の通し穴が設けられ、矢印Sに沿って上下動自在に構成されている。ディスポーザブルチップ110は、チップ取り外し部111が下降することによって押し出され取り外される。また装置内の様々な場所に設置された小容器に分注するため、分注装置300は水平方向および鉛直方向に自由自在に駆動される自動ステージ(図示せず)上に設置される。
 ピストン208には、ロッド301がピストン208に対して回転自在にリンクまたはピン等で接続され、当該ロッド301の両端には、別のロッド302および303がロッド301に対して回転自在に接続されている。したがって、ロッド301~303が形成する構造体は引き延ばしたり折りたたんだりすることができる。ロッド303の端部に設けられたリンクLは、ベース201に設けられたガイドレール304に沿って動くことができ、その結果、図3に示すようにロッド303を上方へ持ち上げることにより、ロッド302を下方へ押し下げることができる。つまり、ロッド303は、チップ取り外し部111を下方へ押し下げるための力作用部として機能し、チップ取り外し部111と力作用部とは、回転軸を有する構造体をなす。本開示の分注装置300は、この仕組みを利用してチップ取り外し部111を押し下げディスポーザブルチップ110を取り外すことができる。
 以下に、第1実施形態の分注装置300の分注動作とディスポーザブルチップ110の取り外し動作について説明する。分注装置300は、まず、自動ステージを下降させることでディスポーザブルチップ110をピストン受け入れ部109の先端に装着する。続いて、制御PC901の制御によりモータ102を駆動させ、スライダ106と共にピストン208(点線)を上下させてピストン受け入れ部109(点線)の内圧を減少(または増加)させ、液状試料がディスポーザブルチップ110に吸引(またはディスポーザブルチップ110から吐出)される。
 第1実施形態の分注装置300では、ディスポーザブルチップ110を取り外すためにピストン208を下方に押し入れる構造ではない。つまり、ディスポーザブルチップ110を取り外すためにピストン208をストロークさせる空間を確保せずに済む。そのため、上記の分注動作を実行する場合、ピストン208は(点線)は、ピストン受け入れ部109(点線)の下方の位置(最奥部付近)で振動することができる。つまり、圧媒体の量が比較例の分注装置100よりも非常に少なく、原理的には、ピストン受け入れ部109内の圧媒体の量をほぼ0にすることができる。
 分注動作が終了し、ディスポーザブルチップ110の交換が必要になった場合、分注装置300は、まず、ディスポーザブルチップ110内の液体試料を吐出しきる。続いて、制御PC901は、モータ102を駆動させ、スライダ106と共にピストン208を上昇させる。スライダ106の上端がロッド303の端部に設けられたリンクLと当接した後、ロッド303はスライダ106の上昇に伴いレール304に沿って上方へ押し上げられる。なお、分注動作は、ロッド303のリンクLとスライダ106の上端とが接触しない範囲でスライダ106およびピストン208を振動させて実施する。
 上述したとおり、ロッド302および303は、ロッド301の両端にて、ロッド301に対して回転自在に接続されている。それ故ロッド303の上昇に伴い、ロッド301は回転中心305を軸にして時計回りに回転する。同時に、ロッド302は、ロッド301の回転に合わせて下方に押し下げられる。
 ロッド302の下端は、チップ取り外し部111の上端とリンクL(またはピン)等により回転自在に取り付けられており、ロッド302が降下するのに合わせてチップ取り外し部111が下方へ押下げられる。その結果、ピストン受け入れ部109の下部に装着されたディスポーザブルチップ110はピストン受け入れ部109から取り外されて離脱する。
 図4は、ディスポーザブルチップ110を取り外す動作を表した図である。図4aには、ロッド301~303が折りたたまれた状態が示され、図4bには、ロッド301~303が引き延ばされた状態が示されている。図4中、矢印Pは、ディスポーザブルチップ110を取り外すためにピストン208が動作する範囲を示し、矢印Rは、チップ取り外し部111がロッド303に連動して動作する範囲を示す。分注装置300は、上述した動作により図4(a)に示された状態から図4(b)に示された状態となりディスポーザブルチップ110が外れる。
 図5は、ディスポーザブルチップ110を装着する様子を表した図である。まず、制御PC901が制御信号を出力して、モータ102を駆動させ、スライダ106と共にピストン208を降下させる。この状態では、チップ取り外し部111が上方に持ち上げられた際に、ロッド301~303が折りたたまれた状態となることができる。続いて、制御PC901は、制御信号を出力してステージ移動用のモータ112を駆動させ、分注装置300をディスポーザブルチップ110が架設されているチップホルダ501の真上の位置まで移動させる。その後、制御PC901による制御によって、分注装置300を下降させ、ディスポーザブルチップ110をピストン受け入れ部109の先端に装着する。ディスポーザブルチップ110を装着する際に、チップ取り外し部111やロッド302は押し上げられる。続いて、ステージを移動させて分注装置300を真上に上昇させると、図5(b)の状態となり、ディスポーザブルチップ110の装着完了となる。なお、明暗センサなどを用いて、ディスポーザブルチップ110が正常にピストン受け入れ部109に装着されたか否かを判断することも可能である。
[モータ制御]
 図6は、制御PC901の処理フローを示す図である。以下に、図6を参照して分注装置300がディスポーザブルチップ110を取り付ける際の動作S601~S603について説明する。
(S601)
 分注装置300が備えるピストン受け入れ部109の先端にディスポーザブルチップ110を取り付ける際は、制御PC901が分注用のモータ102を駆動し、ピストン208の位置を最大吐出位置近傍まで移動させる。ここで、最大吐出位置近傍とはピストン208をピストン受け入れ部109に最も挿入した位置から所定の範囲内を意味し、ピストン208が最大吐出位置近傍にあるときは、ピストン受け入れ部109内に存在する圧媒体の量は略0と見做せる。
(S602)
 ピストン208の位置が最大吐出位置にある場合、S603に進む。ピストン208の位置が最大吐出位置にない場合S601の処理を再度繰り返す。ピストン208が最大吐出位置にあるか否かの判定は、例えば、スライダ106の位置を計測することによって判定する。
(S603)
 制御PC901が、ステージ移動用のモータ112を駆動し、ステージを降下させることによってピストン受け入れ部109の先端にディスポーザブルチップ110を取り付ける。
 図7は、制御PC901の処理フローを示す図である。以下に、図7を参照して分注装置300がディスポーザブルチップ110を取り外す際の動作S701~S703について説明する。
(S701)
 分注装置300が備えるピストン受け入れ部109の先端からディスポーザブルチップ110を取り外す際は、制御PC901が分注用のモータ102を駆動し、ピストン208の位置を最大吸引位置まで移動させる。ここで、最大吸引位置とはピストン208をピストン受け入れ部109から最も引き抜いた位置を意味する。
(S702)
 ピストン208の位置が最大吸引位置にある場合、S703に進む。ピストン208の位置が最大吸引位置にない場合、S701の処理を再度繰り返す。ピストン208が最大吸引位置にあるか否かの判定は、例えば、スライダ106の位置を計測することによって判定する。
(S703)
 制御PC901が、分注用のモータ102を駆動し、ステージをさらに上昇させることによってピストン208を持ち上げてチップ取り外し部111を降下させ、受け入れ部109の先端からディスポーザブルチップ110を取り外す。
 上記のとおり、本開示の分注装置300は、ディスポーザブルチップ110を取り外すためのチップ取り外し部111の押し出しストロークを、ピストン208を引くストロークに含ませている。したがって、ピストン208をピストン受け入れ部109に押し入れることによりディスポーザブルチップ110を取り外す方法と異なり、ピストン受け入れ部109内の空気量低減が可能となる。それ故、本開示の分注装置300は、圧媒体のダンピング効果が減少し、高速かつ高精度な分注を実行できる。また、分注装置300は、ディスポーザブルチップ110を取り外すための押し出しストロークを、ピストン208を引くストロークに含ませているため、同一のモータ102を使用して分注動作とディスポーザブルチップ110取り外し動作との双方を実行でき装置全体が小型化されている。
<実施形態2>
 図8は、第2実施形態の分注装置を説明するための図である。図8には、実施形態1との差異を説明するため、ディスポーザブルチップ110を取り外すための構成要素600のみが図示されている。第2実施形態の分注装置は、ディスポーザブルチップ110を取り外すための動作原理は第1実施形態の分注装置300と同様であるが、ピストン208に対して回転自在に接続されたロッド602の回転中心605の位置が第1実施形態の分注装置300とは異なる。
 図8(a)に示されているように第2実施形態の分注装置では、ロッド602の回転中心605が、ロッド601との接続箇所までの距離とロッド603との接続箇所までの距離との比がH1:H2(図では、H1<H2)となる位置に設けられている。即ち、ロッド601の小さい移動に対してロッド603が大きく移動する構成となっている。図8には、ロッド601がガイドレール604に沿って移動する量がV1で示され、チップ取り外し部111が下方に移動する量がV2で示されている。
 上記の構成を採用すると、チップ取り外し部111は、ロッド601の移動量より多く下方へ押下げられて、ピストン受け入れ部109の下部に装着されたディスポーザブルチップ110はピストン受け入れ部109から取り外されて離脱する。この時、H1:H2=V1:V2の関係式が成り立つ。H1<H2の場合、ディスポーザブルチップ110を取り外す際のピストン208の移動距離を低減できるため、分注装置の小型化が可能となる。またH2<H1の場合、てこの原理により、より少ない駆動力で、ディスポーザブルチップ110がピストン受け入れ部109から取り外されて離脱する。
<実施形態3>
 図9は、第3実施形態の分注装置を説明するための図である。図9には、実施形態1との相違点を説明するため、ディスポーザブルチップ110を取り外すための構成要素(ラックピニオン700)のみが図示されている。第3実施形態の分注装置では、折り畳み可能な複数のロッド301~303の代わりに、ギヤ702、ラック701および703を備えるラックピニオン700を用いて分注動作を制御する。ギヤ702は、回転中心705を有し、回転自在にベース201に取り付けられている。ギヤ702とラック701とは互いに歯が噛み合っており、ギヤ702の回転と連動してラック701は上昇または下降する。同様に、ギヤ702とラック703とは互いに歯が噛み合っており、ギヤ702の回転と連動してラック703は上昇または下降する。
 また、ラック701は、スライダ106が上昇するとラック701の上端704がスライダ106と当接して持ち上げられる(図9(b))。ラック701の上方への移動に合わせてギヤ702が時計回りに回転し、ラック703が降下する。ラック703には、チップ取り外し部111が接続されており、ラック703が降下することによって、ディスポーザブルチップ110が押し出されてピストン受け入れ部109の先端から離脱する。つまり、ラック701は、チップ取り外し部111を下方へ押し下げるための力作用部として機能する。液体の吸引および吐出は、スライダ106がラック701の上端704に接触しない範囲でスライダ106およびピストン208を押し引きすることによって行う(図9(a))。
 したがって、第3実施形態の分注装置は、第1実施形態の分注装置300と同様に、分注用途とディスポーザブルチップ110の取り外し用途とで同一のモータ102を使用するため、装置の小型化が可能となる。また、第3実施形態の分注装置は、ラック701を上方に持ち上げることでラック703を降下させディスポーザブルチップ110を押し出して取り外す仕様である。つまり、ディスポーザブルチップ110を取り外すためのチップ取り外し部111の押し出しストロークを、ピストン208を引くストロークに含ませている。したがって、ピストン208をピストン受け入れ部109に押し入れることによりディスポーザブルチップ110を取り外す方法と異なり、ピストン受け入れ部109内の空気量低減が可能となる。それ故、第3実施形態の分注装置は、圧媒体のダンピング効果が減少し、高速かつ高精度な分注を実行できる。なお、ギヤ702は、回転軸を有する別の部材(回転体)で実現してもよく、本実施形態は回転体の形状を限定するものではない。
<実施形態4>
 図10は、第4実施形態の分注装置を説明するための図である。図10には、実施形態1との差異を言及するため、ディスポーザブルチップ110を取り外すための構成要素800のみが図示されている。第4実施形態の分注装置では、チップ取り外し部111の上端とベース201とばね材801(例えば、スプリング)が接続されている点が第1実施形態の分注装置300とは異なる。上記ばね材801により、チップ取り外し部111は図10に示された矢印R方向へ常時付勢されている。チップ取り外し部111は、ばね材801により鉛直方向下方に付勢されているため、ロッド303はばね材801が存在しない場合と比較して少ない力で上方へ持ち上げることができる。つまり、ディスポーザブルチップ110を取り外すためにピストン208を動作させる駆動力を低減でき、モータなどの駆動部品の小型化が可能となる。また図8においてロッド301の回転中心の位置がH1<H2となる位置の場合、レバー比を利用してロッド303の作動距離を低減できるが、大きな駆動力が必要となる。上記ばね材801は、このような場合にも有効に使用できる。
 なお、本開示は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本開示を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。
300:分注装置
101:ベース
102:モータ
103:カップリング
104:ネジ軸
105:ナット
106:スライダ
107:リニアガイド
108:ピストン
109:ピストン受け入れ部
110:ディスポーザブルチップ
111:チップ取り外し部
301~303:ロッド
304:レール
305:回転中心
501:チップホルダ
601~603:ロッド
604:レール
605:回転中心
701、703:ラック
702:ギヤ
704:上端
705:回転中心
801:ばね材
 本明細書で引用した全ての刊行物、特許及び特許出願はそのまま引用により本明細書に組み入れられるものとする。

Claims (11)

  1.  ディスポーザブルチップ内に液体試料を吸引し、吸引した前記液体試料を吐出する分注装置であって、
     ピストンが挿入されるピストン受け入れ部と、
     前記ピストン受け入れ部の先端に装着された前記ディスポーザブルチップを押下することによって取り外すチップ取り外し部と、
     前記チップ取り外し部と連動し、前記チップ取り外し部の移動方向とは反対方向に移動する力作用部と、
     を備える分注装置。
  2.  請求項1に記載の分注装置において、
     前記ピストン受け入れ部に挿入される前記ピストンと、
     前記ピストンを駆動する第1モータと、
     をさらに備え、
     前記力作用部は、前記ピストンが引かれる際に前記ピストンと当接して移動する、
     分注装置。
  3.  請求項1に記載の分注装置において、
     前記チップ取り外し部と前記力作用部とはレバー構造によって連動する、
     分注装置。
  4.  請求項3に記載の分注装置において、
     前記チップ取り外し部と前記力作用部とのそれぞれは、同一の回転体に回転自在に取り付けられ、折り畳み可能である、
     分注装置。
  5.  請求項4に記載の分注装置において、
     前記レバー構造の支点の位置は、前記力作用部の移動距離よりも前記チップ取り外し部の移動距離の方が長くなる位置である、
     分注装置。
  6.  請求項1に記載の分注装置において、
     前記チップ取り外し部と前記力作用部とはギヤ構造によって連動する、
     分注装置。
  7.  請求項1に記載の分注装置において、
     前記チップ取り外し部と前記力作用部とは、回転軸を有する構造体をなす、
     分注装置。
  8.  請求項1に記載の分注装置において、
     前記チップ取り外し部は、前記ディスポーザブルチップを押し出す方向に前記チップ取り外し部を付勢する弾性体を備える、
     分注装置。
  9.  分注装置におけるチップ装着方法であって、
     第1のモータを駆動してピストンをピストン受け入れ部に押し入れ、互いに反対方向に連動して移動する力作用部とチップ取り外し部とが折りたたみ可能な状態にするステップと、
     第2のモータを駆動して前記ピストン受け入れ部の先端をディスポーザブルチップに向けて降下させ、前記チップ取り外し部を押し上げて前記ピストン受け入れ部の先端に前記ディスポーザブルチップを装着するステップと、
     を含むチップ装着方法。
  10.  請求項9に記載のチップ装着方法において、
     前記ピストンを前記ピストン受け入れ部の最大吐出位置近傍まで押し入れる、
     チップ装着方法。
  11.  分注装置が備えるピストン受け入れ部の先端に装着されたディスポーザブルチップを取り外すチップ除去方法であって、
     モータを駆動してピストンを前記ピストン受け入れ部から引き抜き、互いに反対方向に連動して移動する力作用部とチップ取り外し部とのうち、前記力作用部を前記ピストンにより押し上げることによって前記チップ取り外し部を押し下げ、前記ピストン受け入れ部の先端に装着された前記ディスポーザブルチップを押し出して取り外すステップ、
     を含むチップ除去方法。
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