(57)【要約】      （修正有）【課題】圧入を使うことなくピペットチップを脱着し、その固定する力を自由に調節が可能な分注装置を提供する。【解決手段】中空シャフト部１０６の末端がノズル部１０５であるノズル本体と、中空シャフト部１０６の外周で、第１Ｏリング状部材１０２と第２Ｏリング状部材１０１に挟まれた可動性部材１０４と、第２Ｏリング状部材上部の固定フランジ１０３末端部からなるピペットチップ保持部１０と、固定フランジの外周のピペットチップ押出部２０２と、ピペットチップ押出部と固定フランジの鍔部の間の弾性体２０１からなる復元力発生部２０と、固定フランジの上部に繋がっている筐体部と、中空シャフト部の他端に接続され、筐体部に収容された動力部４０と、を備えた分注装置であって、ノズル部及びピペットチップ保持部の外径が、ピペットチップ３０上部の篏合部３０１の内径よりも小さく、ピペットチップ押出部の外径が、篏合部３０１の内径よりも大きい。【選択図】図２
2020169976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空シャフト部の末端がノズル部であるノズル本体と、
前記ノズル部の上部であって、前記中空シャフト部の外周にある、
第１Ｏリング状部材と第２Ｏリング状部材に挟まれた可動スペーサと、第２Ｏリング状部材の上部にある固定フランジの末端部からなるピペットチップ保持部と、
前記固定フランジの外周にあるピペットチップ押出部と、
前記ピペットチップ押出部と前記固定フランジの鍔部に挟まれた弾性体からなる復元力発生部と、
前記固定フランジの上部に繋がっている筐体部と、
前記中空シャフト部の他端に接続され、前記筐体部に収容された動力部と、
を備えた分注装置であって、
前記ノズル部及び前記ピペットチップ保持部の外径が、ピペットチップ上部に設けられた篏合部の内径よりも小さく、
前記ピペットチップ押出部の外径が、ピペットチップ上部に設けられた篏合部の内径よりも大きいことを特徴とする前記装置。
【請求項２】
前記中空シャフト部がポンプ接続部を有していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の分注装置を備えた自動分析装置であって、
検査チップを配置した第１ステージと、
試薬及びピペットチップトレイを配置した第２ステージと、
を多段的に備えることを特徴とする自動分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧入を使うことなくピペットチップを脱着し、その固定する力を使用状況に合わせて自由に調節が可能な分注装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分注装置は一般的に、分注を行う分注機構部と、それを３次元的に精密移動させるための３次元アクチュエータから構成される。一般的な分注装置の動作としては、アクチュエータで分注機構をピペットチップ上空に移動させ、圧入によってピペットチップを分注機構部の下部に備えられたノズル部に装着したのち、ピペットチップごと持ちあげ、試薬チューブの場所に移動して試薬を吸引し、試薬を吐出したい対象まで移動して吐出を行う。
【０００３】
ピペットチップとノズル部の位置が完璧に一致しない場合は、ノズル部に対してピペットチップが斜めに刺さることになり、わずかな嵌合部の位置ずれでも先端の位置ずれは大きくなる。さらに、圧入を行うという事はピペットチップにも少なからず変形が生じるため繰り返しの使用が不可能となり、圧力をかけるアクチュエータ側も強度を担保するために強度の高いものを使用する必要がある。従って、装置への低負荷低減や小型化の観点から、圧入をしない機構が望まれている。
【０００４】
圧入を使わないピペットチップ保持機構に関しては、特許文献１や特許文献２などが考案されている。これらはピペットチップの嵌合部内側に配置した弾性体またはバルーンなどを用いて、ピペットチップ内壁を外側に向けて圧迫する形でピペットチップの固定及び密着を図っている。しかし、これらの手法では、長時間の圧着した場合や、揮発性及び吸着性の高い試薬を使用した場合に、密着させた部位が物理的または化学的に吸着してしまい、ピペットチップが外れなくなる不具合を起こす可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許３９７７５９７号公報
【特許文献２】特許４２２４４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、圧入を使うことなくピペットチップを脱着し、その固定する力を使用状況に合わせて自由に調節が可能な分注装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は鋭意検討を行なった結果、本発明を完成させるに至った。
【０００８】
すなわち本発明の一態様は、
中空シャフト部の末端がノズル部であるノズル本体と、
前記ノズル部の上部であって、前記中空シャフト部の外周にある、
第１Ｏリング状部材と第２Ｏリング状部材に挟まれた可動スペーサと、第２Ｏリング状部材の上部にある固定フランジの末端部からなるピペットチップ保持部と、
前記固定フランジの外周にあるピペットチップ押出部と、
前記ピペットチップ押出部と前記固定フランジの鍔部に挟まれた弾性体からなる復元力発生部と、
前記固定フランジの上部に繋がっている筐体部と、
前記中空シャフト部の他端に接続され、前記筐体部に収容された動力部と、
を備えた分注装置であって、
前記ノズル部及び前記ピペットチップ保持部の外径が、ピペットチップ上部に設けられた篏合部の内径よりも小さく、
前記ピペットチップ押出部の外径が、ピペットチップ上部に設けられた篏合部の内径よりも大きいことを特徴とする。
【０００９】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１０】
本発明の分注装置は、ピペットチップを介して試薬の吸引・吐出を行うものであるが、ここでいう試薬とは生体試料、組織の一片を懸濁させた組織懸濁液、前記生体試料又は前記組織由来の細胞を含む画分、あらかじめ単離した細胞の培養液などが挙げられる。
【００１１】
ピペットチップ保持部のＯリング状部材の素材はピペットチップ内壁に隙間なく接触でき、かつ一定の摩擦力を持つ材料であればよく、シリコーン素材、フッ素樹脂素材でもよい。第１Ｏリング状部材と第２Ｏリング状部材の大きさは同一でもよいが、ピペットチップ上部に設けられた篏合部（以下、単に「篏合部」ということがある）の内径より小さいのであれば、両者の大きさは異なっていても問題ない。
【００１２】
ピペットチップ保持部の可動スペーサとしては、シリンダー状の形状であれば問題はないが、その外径は、篏合部の内径より小さいことが求められる。
【００１３】
固定フランジは、鍔部、シリンダー部、末端部が一体として形成されており、鍔部と末端部の中央はシリンダー部の内径と同じ大きさの穴が開いており、中空シャフト部が貫通している。外径の大きさは、シリンダー部、末端部、鍔部の順に大きくなっているが、末端部の外径は篏合部よりも小さいことが求められる。
【００１４】
ピペットチップ押出部は、ピペットチップを押し出すための強度を有する材質であれば特に制限はなく、その形状についても特に制限はない。ただし、大きさについては、その外径が篏合部の内径より大きいことが求められる。
【００１５】
復元力発生部の弾性体はＯリング状部材とピペットチップ内部表面との静止摩擦力に平行かつピペットチップを外す方向に力が加わる素材であればよく、押しバネでもエラストマー素材でもよい。
【００１６】
筐体部は、本体固定部を持ち、作用反作用を伴う分注動作の基軸となる筐体と、動力部を支持するための動力支持板、及び、動力部支持板を適切な高さに配置するための動力部支持棒で構成されることが望ましいが、例えば動力部支持板や動力部支持棒を使うことなく筐体に動力部を固定するなど、これ以外の構造を用いてもよい。
【００１７】
筐体部は、本体固定部の側面に３軸アクチュエータを固定して、備えていてもよい。３軸アクチュエータとしては、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向にそれぞれ移動可能なリニアアクチュエータから構成され、Ｘ軸アクチュエータのスライダー部にＹ軸アクチュエータが設置され、Ｙ軸アクチュエータのスライダー部にＺ軸アクチュエータが設置され、Ｚ軸アクチュエータのスライダー部に分注装置が設置された構造のものが例示でき、各スライダーが稼働する立体空間上を分注装置が移動することが可能となる。ただし、分注装置をステージ上に置かれた試薬やピペットチップに対して相対的に動かすことができればよく、例えばＸ軸アクチュエータ及びＹ軸アクチュエータはチップやチューブの配置されている台座部分に設置したり、また、Ｘ軸アクチュエータ、Ｙ軸アクチュエータの代わりにロータリーアクチュエータとリニアアクチュエータを用いて極座標で位置を制御するといった態様であっても問題はない。
【００１８】
動力部は、中空シャフトを押すためのピストンと、これを上下移動させるためのエンコーダー付きリニアアクチュエータ、及び中空シャフトとピストンの軸がずれて破損しないようにするための軸合わせ機構で構成されていることが好ましいが、圧空を用いたエアシリンダーなどを用いてもよい。
【００１９】
なお、本分注装置に取り付ける吸引吐出を行うポンプについては、中空シャフト部にポンプ接続部を設け、そこに直接取り付けてもよいが、アクチュエータから離れた位置に配置し、中空のチューブによって接続しても問題はない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、圧入によるピペットチップ装着を行うことなく、ピペットチップを装置本体に嵌め合うことができ、かつその嵌め合う力を外的応力に対応して自在に変更でき、さらに脱着の際にチップの外しそこないを従来よりも低減できる。また、分注装置を制御するアクチュエータや押し付ける先の底面に対しての強度要求が著しく低下するため、小型化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の分注装置の一態様を示す図である。
【図２】本発明の分注装置の詳細を示す図である。
【図３】本発明の分注装置の断面図において、（ａ）解放状態から（ｄ）付勢状態となり、そこからまた解放状態になるまでを示す図である。
【図４】（ａ）ピペットチップ保持部の外観、（ｂ）ピペットチップ保持部の断面構造、（ｃ）中空状部品の径の大きさを比較する図である。
【図５】ピペットチップ保持部に掛かる力のバランスにおいて、（ａ）付勢時：外力無（ｂ）付勢時：外力有（ｃ）解放時：Ｏリングの固着有／取り外し機構有り（ｄ）解放時：Ｏリングの固着有／取り外し機構無し、を示す図である。
【図６】実施例で用いた検査装置の外観を示す図である。
【図７】図６で示した検査装置を模式的に示す図である。
【図８】検査チップ８０３の構造をより詳細に示す図である。
【図９】試薬チューブでの試薬吸引から検査チップへの試薬導入までの装置動作を示す図において、（ａ）ノズルを水平移動させる場合、（ｂ）ノズルを垂直移動させる場合を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこの態様に限定されるものではない。
【００２３】
図１、２に本発明の一態様を示す。図１に示すピペットチップ保持部１０は、中空シャフト１０６の末端であるノズル部１０５をその先端とする。そして、ノズル部１０５の上に、第１Ｏリング１０２、可動スペーサ１０４、第２Ｏリング１０１、固定フランジ１０３の末端部の順でそれぞれが微小な空隙を有しながら中空シャフト１０６の外周に存在している。固定フランジ１０３の外周にはピペットチップ押出部２０２があり、固定フランジ１０３の鍔部との間に弾性体２０１を有し、この部分が復元力発生部２０に該当する。固定フランジ１０３の上には筐体５０２が接合しており、本体固定部５０１、動力部支持板５０３、動力部支持棒５０４と組み合わさって、筐体部５０を構成している。中空シリンジ１０６の他端は動力部４０（エンコーダー４０１付きリニアアクチュエータ４０２、ピストン４０３、軸合わせ機構４０４）と繋がっており、本体固定部５０１、筐体５０２（中央は中空）、固定フランジ１０３の内部を貫通し、末端であるノズル部１０５が表出している。本体固定部５０１の位置で分注機構全体を３次元的に移動させる３軸アクチュエータ（図示されていない）に接続される。
【００２４】
中空シリンジの上部にあるポンプ接続部１０７の先には吸引吐出を行うためのポンプを接続し、これを駆動させることで、中空シャフト１０６及びノズル部１０５を通してピペットチップ先端３０２から試薬の吸引吐出を行う。このとき、ポンプの種類は何でもよい。
【００２５】
ピストン４０３を上方に動かし中空シャフト１０６を押し上げると、その末端であるノズル部１０５と固定フランジ１０３との間に挟まれた２つのＯリング１０１、１０２が中空シャフト１０６に平行な方向に圧縮されて垂直方向に広がり、この垂直方向へかかる力がピペットチップ嵌合部３０１の内壁に掛かることでピペットチップ３０が固定され、同時に弾性体２０１も圧縮される。また、２つのＯリング１０１、１０２の間にある可動スペーサ１０４により、ピペットチップ嵌合部３０１に２点で接することとなり、接続するときの位置のブレが軽減できるようになっている。
【００２６】
２つのＯリング１０１、１０２及び弾性体２０１が圧縮している状態を付勢状態、圧縮していない状態を解放状態とすると、図３のように解放状態でピペットチップトレイ６０上のピペットチップ３０に分注機構を移動させたのち、付勢状態にすると弾性体２０１とピペットチップ３０にかかる重力と２つのＯリングの押し付けによる摩擦力とがバランスしてピペットチップ３０がピペットチップ保持部に固定される。このときの力のバランスは、分注操作を行う任意のタイミングで変更することが可能で、例えば何かにぶつかりそうな場合にのみ２つのＯリングへの押し付けを強くし、衝撃に備えるなどの対応を行ってもよい。また、ピペットチップ３０を固定する場所はピペットチップトレイ６０以外の場所でもよく、例えばピペットチップ３０の仮置き場所を作り、使う試薬ごとにピペットチップ３０を交換し同じ試薬の場合は同じピペットチップを使用することも可能である。
【００２７】
図４に分注機構の断面において、中空状部品の配置及びそれぞれの径の関係を示す。中空シャフト１０６はＯリング１０１、１０２の内径より外径が小さく設計されている。固定フランジ１０３の末端部、可動スペーサ１０４、及びノズル部１０５は、押しつぶすためにＯリング１０１、１０２の内径より大きく設計されているが、ピペットチップ嵌合部３０１よりは外径が小さく設計されている。チップ押出部２０２はピペットチップ嵌合部３０１より大きく設計されている。
【００２８】
図５（ａ）の付勢状態において鉛直方向下向きにかかる静止摩擦力をＦ０、弾性体の復元力をＴ、ピペットチップの重さをｍ、重力加速度をｇ、とすると、その関係は
Ｆ０＝Ｔ＋ｍｇ
となる。静止摩擦力は動かそうとする力に反発する力であるため、この等号は必ず成り立つ。次に、図５（ｂ）のように外部からの力が加わるとき、その鉛直方向下向き成分をＦｏｕｔとすると、
Ｆ０＝Ｔ＋ｍｇ＋Ｆｏｕｔ
という等号が成り立つ。ここで、静止摩擦係数をμ、垂直抗力をＮとすると静止摩擦力は、
Ｆ０＝μＮ
で表され、
Ｎ＝（Ｔ＋ｍｇ＋Ｆｏｕｔ）／μ
と表すことができる。Ｔ、ｍ、μは使用した材料によって一意に決まる為、想定される外力Ｆｏｕｔに対して、インパクトの瞬間にＮ以上の力がかかるようにＯリングを押し付ければ理論上ピペットチップは外れないことになる。この時、Ｏリングを押し付けるアクチュエータの力が足りない場合は、Ｔを調節する、摩擦係数の高いＯリングに変更する、Ｏリングとピペットチップ内壁との間に摩擦係数の高い薄膜を挟むといった工夫を行い、条件を満たすようにするとよい。
【００２９】
図５に付勢状態及び解放状態におけるピペットチップを固定する力と外そうとする力のバランスを示す。図５（ａ）及び図５（ｂ）で示すように、静止摩擦力は外力に対して動かないようにする力であるため、外部からの衝撃が有っても無くても固定しようとする力と外そうとする力は常に釣り合っている。図５（ｃ）のように解放状態でかつ取り外し機構が有る場合は、Ｏリングの固着が有っても取り外し機構の効果により外そうとする力が上回るため、ピペットチップを外すことができる。しかし、図５（ｄ）のように、取り合外し機構が無い場合、ピペットチップのわずかな重さに対応する重力のみでは、Ｏリングの固着による力を超えることができない為、ピペットチップを外すのに失敗してしまう。
特許文献１及び特許文献２においてはＯリングの固着が起こった場合図５（ｄ）の状態になってしまう可能性が高いため、耐久性が必要な分注機構において実用的ではない。
【実施例】
【００３０】
実施例として微粒子を微細な流路内で染色し、その蛍光観察するための検査装置を図６に示す。また、これを模式的に示したものを図７に示し、検査に用いる検査チップ８０３の構造をより詳細に示したものを図８に示す。
【００３１】
この装置は、誘電泳動により検査チップ８０３の底部に配置された粒子保持部８０３ｇに微粒子を導入して染色し、その微粒子の蛍光観察をするための装置である。
【００３２】
この装置の構成は、染色と蛍光観察が可能な流路構造を持つ１２枚の検査チップ８０３、染色試薬を導入するための分注機構、染色に関わる部材が配置されている染色ユニット８０、染色後の検査チップ８０３を蛍光観察する観察ユニット９０、及び検査チップ８０３を染色ユニット８０と観察ユニット９０の間を移動させる検査チップ運搬用アーム８０１ｇから構成される。本装置で行う染色工程は、洗浄液の導入も含めて、１２枚のチップに対してそれぞれ２０回ほど試薬の導入を行う想定をしている。本分注機構の発明により、使用したピペットチップ３０を試薬ごとに繰り返し使う想定をしているが、そうでない場合はもっと大量のピペットチップ３０と、そのピペットチップ３０の廃棄するためのスペースと機構の設置が必要となる。
【００３３】
分注・搬送モジュール８０１を制御するアクチュエータはＸ軸及びＺ軸方向にのみ移動し、上段ステージ８０２ａ、中段ステージ８０２ｂ、及び下段ステージ８０２ｃのアクチュエータはＹ軸方向にのみ動くようになっている。分注・搬送モジュール８０１に搭載されている試薬挿入用分注機構８０１ａ、廃液吸引機構８０１ｃ、検査チップ搬送用アーム８０１ｇは、Ｘ軸方向には個別に動かすことはできないが、Ｚ方向にはそれぞれ独立に動かすことができる仕様となっている。
【００３４】
多段移動ステージ８０２は、上段ステージ８０２ａ、中段ステージ８０２ｂ、下段ステージ８０２ｃに分かれており、上段ステージ８０２ａ及び中段ステージ８０２ｂには検査チップ８０３を配置し、下段ステージ８０２ｃには染色に必要なピペットチップ３０を収納したピペットチップトレイ８０２ｄ、試薬チューブトレイ８０２ｅ、試薬ボトル８０２ｆを配置してある。上段ステージ８０２ａ及び中段ステージ８０２ｂに置かれた検査チップ８０３は、置かれた場所でそのまま染色作業を行う事ができるようになっている為、同時に多数枚の染色作業を並行して進めることも可能となっている。
【００３５】
また、下段ステージ８０２ｃに染色に必要な試薬やピペットチップ３０を置き、そのすぐ上の段に検査チップ８０３を置くことで、図９（ｂ）のように、試薬チューブでの試薬吸引から検査チップ８０３への試薬導入までが縦方向の僅かな距離で行えるよう工夫されている。本装置の動作精度としては、１００μｍ程度の位置精度が必要となるが、図９（ａ）のような平面で装置を作った場合数十ｃｍ単位の長い距離を移動しなければならず、そのため１００μｍの位置精度を確保するためには、より剛性の高く重い筐体を使う必要が出てくる。しかし、多段移動ステージでは、より小型で軽量な筐体を使うことができ、装置全体の小型化・軽量化に成功している。
【００３６】
本検査装置の動作の流れとしては、分注・搬送モジュール８０１にピペットチップ３０を装着したのち、目的に応じたプロトコルに沿って、検査チップ８０３の染色を行う。染色の際には流路に気泡等が発生しないように検査チップ８０３の流路内の圧力損失が発生しないように廃液吸引機構８０１ｃの吸引速度をうまく調整して導入を行う。検査チップ試薬導入口８０３ａ及び検査チップ廃液排出口８０３ｂは、ピペットチップ３０が挿入しやすくなるようテーパーのような構造としてもよい。検査チップ試薬導入口８０３ａ用のピペットチップ３０は試薬ごとに交換するが、洗浄液など試薬間のコンタミネーションが余り気にならないものに関しては、ピペットチップトレイ８０２ｄにピペットチップ３０を一旦戻し、繰り返し使用することで廃棄チップを少なくできる。
【００３７】
検査チップ８０３の染色が終わったら、検査チップ搬送用アーム８０１ｇで観察ユニット９０に移動させ、蛍光観察を行う。蛍光観察以外にも、目的に応じて明視野観察、偏光観察などの他の観察手法を組み合わせても良い。観察工程に時間がかかる場合には、観察ユニット９０を複数用意し、同時に観察できるようにすると良い。
【００３８】
本発明の分注機構を採用することによって、多段移動ステージ８０２へのＺ軸方向への
負荷が軽くなるため、軽量で剛性の低いアクチュエータを多段移動ステージ８０２に
使用することが可能となる。また、本分注機構ではピペットチップ３０の嵌合部が痛まないことから染色の重要度に合わせてピペットチップ３０を繰り返し使う事もできる。
【符号の説明】
【００３９】
１０    ：ピペットチップ保持部
１０１  ：第２Ｏリング
１０１ａ：押しつぶされた第２Ｏリング
１０２  ：第１Ｏリング
１０２ａ：押しつぶされた第１Ｏリング
１０３  ：固定フランジ
１０４  ：可動スペーサ
１０５  ：ノズル部
１０６  ：中空シャフト
１０７  ：ポンプ接続部
２０    ：復元力発生部
２０１  ：弾性体
２０２  ：ピペットチップ押出部
３０    ：ピペットチップ
３０１  ：ピペットチップ嵌合部
３０２  ：ピペットチップ先端部
４０    ：動力部
４０１  ：エンコーダー
４０２  ：リニアアクチュエータ
４０３  ：ピストン
４０４  ：軸合わせ機構
５０    ：筐体部
５０１  ：本体固定部
５０２  ：筐体
５０３  ：動力部支持板
５０４  ：動力部支持棒
６０    ：ピペットチップトレイ
７０    ：Ｏリングとピペットチップ内部表面との静止摩擦力
７１    ：弾性体復元力
７２    ：ピペットチップにかかる重力
７３    ：外部からの衝撃の垂直成分
７４    ：Ｏリングの固着による力
８０    ：染色ユニット
８０１  ：分注・搬送モジュール
８０１ａ：試薬挿入用分注機構
８０１ｂ：試薬挿入用ノズル（ピペットチップ）
８０１ｃ：廃液吸引機構
８０１ｄ：廃液吸引用ノズル（ピペットチップ）
８０１ｅ：廃液吸引用ポンプ
８０１ｆ：廃液ボトル
８０１ｇ：検査チップ搬送用アーム
８０２  ：多段移動ステージ
８０２ａ：上段ステージ（検査チップ用）
８０２ｂ：中段ステージ（検査チップ用）
８０２ｃ：下段ステージ（試薬・ピペットチップ用）
８０２ｄ：ピペットチップトレイ
８０２ｅ：試薬チューブトレイ
８０２ｆ：試薬ボトル
８０３  ：検査チップ
８０３ａ：検査チップ試薬導入口
８０３ｂ：検査チップ廃液排出口
８０３ｃ：観察窓つき染色部
８０３ｄ：電極を有した天板部材
８０３ｅ：検査チップ流路スペーサ
８０３ｆ：電極を有した底板部材
８０３ｇ：粒子保持部
８０３ｈ：誘電泳動用電極
９０    ：観察ユニット
９０１  ：観察用ステージ
９０２  ：観察用光学系
【図１】
2020169976.tif 000003
【図２】
2020169976.tif 000004
【図３】
2020169976.tif 000005
【図４】
2020169976.tif 000006
【図５】
2020169976.tif 000007
【図６】
2020169976.tif 000008
【図７】
2020169976.tif 000009
【図８】
2020169976.tif 000010
【図９】
2020169976.tif 000011