(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端と基端とを備え、前記先端を含む直線状の先端部が所定間隔で配列された可撓性を有する複数の微細管と、
前記複数の微細管の先端部を所定の方向に方向付けるとともに、当該微細管の長手方向に移動可能に案内するガイド手段と、
前記対象物の表面に対して前記複数の微細管の先端を一定位置に位置合わせするための位置合わせ機構と、を有し、
前記位置合わせ機構は、前記各先端部に設けられたストッパと、
前記ストッパと係合して、前記各先端部の前記長手方向の一方向への移動を規制する規制手段と、
前記複数の微細管の先端部を除く中途部の弾性変形により生じる復元力を利用して、前記複数の微細管の各先端部を前記長手方向の一方向に向けて弾性的に付勢する付勢手段と、
を有し、
前記付勢手段は、前記復元力を生じさせるために、前記複数の微細管の中途部に接触させて弾性変形させる押圧部材を含む、ことを特徴とする分注装置。
【請求項２】
前記付勢手段は、前記押圧部材により押圧された前記複数の微細管に作用する復元力を前記先端部の長手方向に方向付ける部材をさらに有する請求項１に記載の分注装置。
【請求項３】
先端と基端とを備え、前記先端を含む直線状の先端部が所定間隔で配列された可撓性を有する複数の微細管と、
前記複数の微細管の先端部を所定の方向に方向付けるとともに、当該微細管の長手方向に移動可能に案内するガイド手段と、
前記対象物の表面に対して前記複数の微細管の先端を一定位置に位置合わせするための位置合わせ機構と、を有し、
前記位置合わせ機構は、前記各先端部に設けられたストッパと、
前記ストッパと係合して、前記各先端部の前記長手方向の一方向への移動を規制する規制手段と、
前記複数の微細管の各先端部を前記長手方向の一方向に向けて付勢する付勢手段と、を有し、
前記付勢手段は、アクチュエータを含み、
前記アクチュエータは、前記複数の微細管の中途部から先端部までを直線状に保ちつつ当該中途部に前記長手方向の一方向に向かう力を作用させる、ことを特徴とする分注装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料溶液等の液体を所望量吸い上げ、吸い上げた液体を分注位置に吐出する分注装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、核酸やタンパク質、ペプチドなど生体試料や創薬試料のハイスループットスクリーニングや、ゲノミクス、プロテオミクスなどの網羅的生体活動解析に対するニーズが高まっていると共に、取り扱う試料も生体関連物質など不安定な性状の検体が多くなっている。このような技術分野では、複数種類の試料溶液をスライドガラスなどの基板上の数センチ四方という狭小領域に高密度に迅速に分注できる自動分注装置が必要とされている。
【０００３】
このような技術分野においては、最低限マイクロリットル単位で分注量をコントロールする必要があり、さらに、ナノリットル単位の極めて微量な分注量のコントロールも必要となってきている。
【０００４】
このため、本発明者は、複数の微微細管に接続されたポンプユニットを制御して、精密な分注量のコントロールを実現できる分注装置を提案している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１８６４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に開示した分注装置では、各微微細管からの基板上への分注量は精密にコントロールできるが、複数の微細管間で、分注量がばらつくという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、ナノリットル単位のような微量の液体を複数個所に精度良く分注できる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】
【０００８】
本発明者は、上記したような可撓性を有する複数の微細管を用いた分注装置において、液体を分注すべき基板等の表面に対する微細管の先端部の位置や姿勢のばらつきが、微細管の間の分注量のばらつきの原因の一つであることを見出した。
【０００９】
このため、本発明の分注装置は、先端と基端とを備え、前記先端を含む直線状の先端部が所定間隔で配列された可撓性を有する複数の微細管と、前記複数の微細管の先端部を所定の方向に方向付けるとともに、当該微細管の長手方向に移動可能に案内するガイド手段と、前記複数の微細管の先端部およびガイド手段を、液体を吐出させる対象物に対して相対的に移動させる移動手段と、を有する。
【００１０】
この構成によれば、可撓性を有する複数の微細管の直線状の先端部をガイド部材で一定方向に方向付けるとともに長手方向に移動可能にすることにより、各先端部の対象物の表面に対する方向が一定となる。
【００１１】
本発明は、対象物の表面に対する前記複数の微細管の先端を位置合わせするための位置合わせ機構をさらに有する、構成を採用できる。
【００１２】
この構成によれば、対象物の表面に対する複数の微細管の先端を位置合わせすることで、微細管の先端位置が一定する。
【００１３】
上記構成において、前記位置合わせ機構は、前記複数の微細管の各先端部を前記長手方向のうちの一方向に向けて付勢する付勢手段と、前記各先端部に設けられたストッパと、
前記ストッパと係合して前記付勢手段による前記各先端部の前記一の方向への移動を規制する規制手段と、を有することを特徴とする、構成を採用できる。
【００１４】
この構成によれば、各先端部は付勢手段により付勢されつつ、規制手段とストッパとの係合により、一定位置に位置決めされる。したがって、ストッパを設ける位置を複数の微細管間で一定にすることにより、各先端の位置を一定にすることができる。
【００１５】
上記構成において、前記位置合わせ機構は、液体を吐出させる対象物の表面に前記複数の微細管の各先端を接触させた際に、前記先端部を前記対象物の表面に向けて弾性的に付勢する付勢機構を有する、構成を採用できる。
【００１６】
この構成によれば、複数の微細管の各先端が確実に対象物の表面に接触し、当該表面に対する微細管の先端の位置が一定する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、複数の微細管間における分注量のばらつきを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る分注装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の分注装置の分注動作を示す図である。
【図３】分注ヘッドの概略構造を示す図である。
【図４】微細管の先端の位置合わせの原理を示す図である。
【図５】分注ヘッドの移動前後の微細管の先端部の状態を示す図である。
【図６】押圧板の変形例を示す図である。
【図７】復元力Ｆを方向付ける構成の一例を示す図である。
【図８】微細管にストッパを備えていない分注ヘッドの概略構成を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る分注ヘッドの構成を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る分注ヘッドの構成を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係る分注装置の概略構成図である。
【００２１】
この分注装置は、複数の微細管２を保持する分注ヘッド１、分注ヘッド１を移動し位置決めする移動機構２５、ポンプユニット３０、コントローラ６０、作動液タンク７０、及び、分注ヘッド１の下方に配置されたテーブル１００を有する。テーブル１００には、マイクロタイタープレート１３０およびホルダ１４０が設けられている。
【００２２】
分注ヘッド１は、複数の微細管２の先端部分を保持している。微細管２は、液体が流通する流路を備え、可撓性を有するように、ステンレス、溶融石英ガラス、合成石英ガラス等の材料から形成される。微細管２の内径は、微量の分注量を実現するためには、マイクロメータオーダーからナノメータオーダーの範囲内に設定される。しかし、このような範囲に限定されるわけではない。微細管２の内径、外径、長さなどの寸法は、微細管２を用いて分注する液体の量等に応じて最適化される。なお、分注ヘッド１の詳細構造については後述する。
【００２３】
移動機構２５は、図１に示すように、分注ヘッド１を移動可能に保持するフレーム２６と、水平方向に設けられたレール２９と、フレーム２６を保持するとともにレール２９に沿って移動可能に設けられたスライダ２８とを有する。フレーム２６は、分注ヘッド１を鉛直方向に移動させるモータ等から構成される機構を内蔵している。スライダ２８は、レール２９に沿ってフレーム２６を移動させるためのモータ等から構成される機構を内蔵している。
【００２４】
ポンプユニット３０は、複数のシリンジポンプ３２と、シリンジポンプ３２を駆動するアクチュエータ４０とを備える。複数の微細管２は、図１及び図２に示すように、三方弁８０を介してポンプユニット３０に接続されている。
【００２５】
シリンジポンプ３２は、シリンジバレル３４と、このシリンジバレル３４の内周に移動自在に嵌合するプランジャチップ３６と、このプランジャチップ３６に接続されたプランジャロッド３８とを含む。シリンジバレル３４は、接続管５３を介して三方弁８０に接続されている。また、複数のシリンジバレル３４は、共通の支持部材ＳＭ１により支持され、複数のプランジャロッド３８は共通の可動板４６に連結されている。
【００２６】
アクチュエータ４０は、回転自在に支持されたねじ軸４２と、このねじ軸４２がねじ込まれるとともに上記した可動板４６に連結された可動部材４４と、ねじ軸４２を回転させるステッピングモータ４８を含む。
【００２７】
ステッピングモータ４８は、コントローラ６０からの制御指令に応じた駆動電流がドライバ６２から供給されることにより駆動される。ステッピングモータ４８が駆動されると、可動板４６が移動し、プランジャロッド３８が前進又は後退する。
【００２８】
三方弁８０には、微細管２の基端、シリンジバレル３４に通じる接続管５３、及び作動液７１を貯留する作動液タンク７０に通じる導管７２が接続されている。三方弁８０は、電磁式又は電動式であり、コントローラ６０からの制御指令に応答して、接続管５３と微細管２との間および接続管５３と導管７２との間を選択的に接続する。作動液７１は、非圧縮性の液体であり、好適には水である。
【００２９】
マイクロタイタープレート１３０は、複数のウェルを備え、各ウェルに試料溶液が収容される。
【００３０】
コントローラ６０は、プロセッサ、メモリなどのハードウエアと所要のソフトウエアで構成される。コントローラ６０は、ドライバ６２にパルス指令を与えることによりステッピングモータ４８を制御する。また、コントローラ６０は、三方弁８０に制御指令を与えて、三方弁８０を作動させる。さらに、コントローラ６０は、移動機構２５に対して制御指令を与えて、分注ヘッド１の位置、すなわち、複数の微細管２の先端の位置をコントロールする。
【００３１】
ここで、分注装置の分注動作について説明する。なお、分注動作は、コントローラ６０により制御される。
【００３２】
まず、三方弁８０を制御してシリンジポンプ３２と導管７２とを連通させる。次いで、ステッピングモータ４８を駆動してプランジャチップ３６を後退させ、作動液タンク７０から作動液７１をシリンジバレル３４内へ吸い上げる。次いで、三方弁８０を制御してシリンジポンプ３２と微細管２とを連通させるとともに、ステッピングモータ４８を駆動してプランジャチップ３６を前進させ、シリンジバレル３４内の作動液７１を接続管５０及び微細管２へ送出する。作動液７１のシリンジバレル３４内への吸い上げ、及び、作動液７１のシリンジバレル３４から微細管２への送出を必要な回数だけ繰り返すことにより、微細管２の先端から、図示しない廃液溜めに作動液７１が排出される。このとき、微細管２及びシリンジポンプ３２に存在する空気も作動液７１とともに外部に排出される。この結果、微細管２内の全てに作動液７１が満たされる。
【００３３】
次に、ステッピングモータ４８を駆動してプランジャチップ３６を後退させて、微細管２内の作動液７１の液面の位置を上昇させ、微細管２の先端部内に空隙を形成する。このとき、微細管２の先端２ｅから作動液７１の液面までの長さが所定長になるように、液面の位置は制御される。所定長は、例えば、数ミリメートルから数センチメートルの範囲に設定される。
【００３４】
微細管２内の作動液７１の液面の位置を調整したのち、分注ヘッド１をマイクロタイタープレート１３０に向けて移動させてマイクロタイタープレート１３０の所望のウェル１３１内に微細管２の先端を位置決めする。この結果、微細管２の先端２ｅは、ウェル内に収容された試料溶液内に浸漬される。
【００３５】
次いで、ステッピングモータ４８を駆動してプランジャチップ３６を後退させて、微細管２内の作動液７１の液面の位置を上昇させて所望量の試料溶液を微細管２内に吸い上げる。試料溶液を微細管２内に吸い上げる際には、微細管２内に吸い上げた試料溶液と微細管２内の作動液７１の液面との間には空隙が介在する。これにより、試料溶液に作動液７１が混入することがない。
【００３６】
次いで、分注ヘッド１を移動機構２５により移動させて、微細管２をマイクロタイタープレート１３０のウェルから取り出し、図２に示すように、微細管２をスライドガラス１６０上に位置決めする。そして、ステッピングモータ４８を駆動してプランジャチップ３６を前進させて、微細管２内の作動液７１の液面の位置を下降させ、微細管２内に吸い上げた試料溶液をスライドガラス１６０上に吐出する。試料溶液は、複数の微細管２から同時にスライドガラス１６０上に分注される。試料溶液を吐出した後の微細管２内の作動液７１の液面の位置は、空隙が形成されるように制御され、作動液７１がスライドガラス１６０上に落下することはない。これにより、分注が完了する。
【００３７】
次に、上記分注動作において、複数の微細管２間における試料溶液の分注量のばらつきを抑制するための構成について説明する。
【００３８】
図３に示すように、分注ヘッド１には、ガイド部材５および押圧板２００が設けられている。
【００３９】
ガイド部材５は、所定の間隔で形成されたガイド孔５ａを備え、このガイド孔ａに、複数の微細管２の直線状の先端部２Ａがそれぞれ挿入されている。ガイド部材５は、微細管２の先端部２Ａを鉛直下方に方向付けるとともに、長手方向に微細管２を移動可能に案内する。なお、本実施形態では、ガイド部材５のガイド孔５ａは、所定間隔で形成されているが、ガイド孔５ａの間隔を変更できるピッチ可変機構を用いることも可能である。
【００４０】
微細管２の先端部２Ａの先端２ｅから所定距離の位置には、ストッパ６が設けられている。このストッパ６は、ガイド部材５の上端面と係合することにより、微細管２の先端部２Ａの先端２ｅが鉛直下方向に移動するのを規制する。
【００４１】
押圧板２００は、複数の微細管２の中途部２Ｂを湾曲させつつ押圧するように設けられている。複数の微細管２は、図３に示すように湾曲すると、その弾性により直線状に復元しようとする復元力が生じる。この復元力が、先端部２Ａを鉛直下方に向けて付勢する付勢力Ｆとして常時作用している。
【００４２】
例えば、複数の微細管２は、外力が作用しない状態では、図４（ａ）に示すように、先端部２Ａの先端２ｅの位置が揃わない。この状態で、分注すると、複数の微細管２の間で分注量がばらつく可能性がある。
【００４３】
このため、上記した構成により、図４（ｂ）に示すように、複数の微細管２の先端部２Ａに付勢力Ｆを作用させると、先端部２Ａの先端２ｅの位置が整列する。そして、複数の微細管２の先端部２Ａに付勢力Ｆを常時印加していると、図５に示すように、分注ヘッド１の位置を移動させたとしても、先端部２Ａの先端２ｅの位置を一定に保つことができる。
【００４４】
図６は、押圧板２００の種々の形態を示している。図６（ａ）に示すように、複数の微細管２が接触する接触面を傾斜面２００ａとすることにより、複数の微細管２が傾斜面２００ａの中央部に位置付けられる。これにより、複数の微細管２を安定的に押圧することができる。また、図６（ｂ）に示す押圧板２００Ａは、複数の微細管２を共通に収容する溝２００ｂを備える。このような溝２００ｂによっても、複数の微細管２の移動を規制することができる。さらに、図６（ｃ）に示すように、各微細管２に対応した複数の溝２００ｃを備える押圧板２００Ｂを用いることも可能である。
【００４５】
図７は、押圧板２００により押圧された複数の微細管に作用する復元力を先端部２Ａの長手方向に方向付ける部材の一例を示している。上記したような押圧板２００に加えて、図７に示すようなプーリー４００の外周面で複数の微細管２をガイドして、微細管２の先端部２Ａに作用する付勢力Ｆを鉛直下方に方向付けることも可能である。
【００４６】
上記実施形態では、複数の微細管２の先端部２Ａにストッパ６を設けて、鉛直下方への移動を規制する構成としたが、図８に示すように、ストッパ６を設けない構成も可能である。
【００４７】
図８（ａ）に示す状態では、複数の微細管２の先端部２Ａは、ガイド部材５から規制力を受けないので、複数の微細管２の先端２ｅの位置は揃っていない。この状態から、分注ヘッド１を移動させて、複数の微細管２の先端２ｅをスライドガラス１６０の表面に当接させると、複数の微細管２の先端２ｅには、スライドガラス１６０から鉛直上方に向かう力を受ける。一方、複数の微細管２の中途部２Ｂは、上記した押圧板２００により押圧されているので、複数の微細管２の先端２ｅがスライドガラス１６０に当接すると、鉛直下向きの付勢力Ｆが発生する。これにより、複数の微細管２の先端２ｅは、スライドガラス１６０の表面に確実に接触し、スライドガラス１６０の表面に対して先端２ｅの位置が一定に保持されることになる。
【００４８】
図９は、複数の微細管２の先端部２Ａを付勢する付勢機構の他の例を示す。
図９（ａ）は、ストッパ６と規制板５０１との間にバネなどの弾性部材５００を設け、先端部２Ａを鉛直下方に向けて常時付勢する構成を示す。図９（Ｂ）は、保持板５１０にバネ５１１を介して回転自在に保持された２つのローラ部材５１２で複数の微細管２を挟み、先端部２Ａを鉛直下方に向けて常時付勢する構成を示す。図９（ｃ）は、弾性力を用いずに、モータ５２０などのアクチュエータを用いて、先端部２Ａを鉛直下方に向けて常時付勢する構成を示す。
【００４９】
上記実施形態では、複数の微細管２の先端部２Ａを鉛直下方に向けて付勢する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１０に示すように、規制手段としてのガイド部材５とストッパ６との位置関係を上下逆にし、複数の微細管２の先端部２Ａに鉛直上向きの付勢力Ｆを付与する構成も可能である。なお、この場合の付勢においても、微細管２の復元力、バネ等の弾性力、モータ等のアクチュエータの力を適用できる。
【００５０】
上記実施形態では、分注ヘッド１を移動させる構成としたが、分注ヘッド１を固定し、スライドガラス等を置くステージを移動させる構成とすることも可能である。
【００５１】
また、上記実施形態では、ガイド手段として、ガイド部材５を例として挙げたが、これに限定されるわけではなく、微細管２の先端部２Ａの直線性を保ちつつ所定方向に方向付けるとともに、先端部２Ａを長手方向に移動可能に案内する構造であればよい。
【符号の説明】
【００５２】
１…分注ヘッド
２…微細管
２Ａ…先端部
２Ｂ…中途部
２ｅ…先端
５…ガイド部材
５ａ…ガイド孔
６…ストッパ
２５…移動機構
２６…フレーム
２８…スライダ
２９…レール
３０…ポンプユニット
３２…シリンジポンプ
３４…シリンジバレル
３６…プランジャチップ
３８…プランジャロッド
４０…アクチュエータ
４２…ねじ軸
４４…可動部材
４６…可動板
４８…ステッピングモータ
５３…接続管
６０…コントローラ
６２…ドライバ
７０…作動液タンク
７１…作動液
７２…導管
８０…三方弁
１００…テーブル
１３０…マイクロタイタープレート
１４０…ホルダ
１６０…スライドガラス２００…押圧板
２００Ａ…押圧板
２００ａ…傾斜面
２００Ｂ…押圧板
２００ｂ…溝
２００ｃ…溝
４００…プーリー
５００…弾性部材
５０１…規制板
５１０…保持板
５１１…バネ
５１２…ローラ部材
５２０…モータ
Ｆ…付勢力
ＳＭ１…支持部材
【図１】
0005552623.tif 000002
【図２】
0005552623.tif 000003
【図３】
0005552623.tif 000004
【図４】
0005552623.tif 000005
【図５】
0005552623.tif 000006
【図６】
0005552623.tif 000007
【図７】
0005552623.tif 000008
【図８】
0005552623.tif 000009
【図９】
0005552623.tif 000010
【図１０】
0005552623.tif 000011