(57)【要約】【課題】複数の個別のワークステーションを持つワークエリアを規定する既存の自動化された液体ハンドリングシステムと共に用いる取り外し可能な液体分注モジュール（１００）を提供する。【解決手段】２次液体分注モジュール（１００）は、自給式で、かつ１次液体分注装置から動作が独立している２次液体分注装置を含む。さらに２次分注装置は、約１ナノリットルから約１０マイクロリットルの範囲の液体を別個の量だけ、マイクロタイタープレートの試験サイトへ非接触で選択的に分注するよう構成される。【選択図】図２６
2005502884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の試料キャリアの試験サイトへ液体を分注する汎用液体ハンドリングシステムであって、
実験作業を実行するための複数の個別ワークステーションを有するワークエリア、
それぞれ個別の位置において試料キャリアのうちの１つを取り外し可能に受け入れ固定するよう構成される１つ以上のワークステーションにおけるキャリアアライメント構造、
ワークエリア近傍に配置されたフレームアセンブリ、
前記フレームアセンブリに移動可能に結合された移動可能な支持システムであって、
前記１つ以上の試料キャリアの、前記それぞれのワークステーションの前記それぞれ個別位置への、およびそれからの、および前記それぞれの個別キャリアアライメント構造と係合する、および係合しない、移動および位置決めを行う試料キャリア位置決めメカニズム、および
マイクロリットルからミリリットル体積の範囲で液体の個別の量を、前記個別ワークステーションの前記個別アライメント構造内に固定された前記１つ以上のサンプルキャリアの前記試験サイトへ選択的に分注するよう構成される第１液体分注装置
を含む支持システム、および
前記個別ワークステーションの少なくとも１つにおいて前記ワークエリア内に位置付けられるよう構成され、前記試料キャリア位置決めメカニズムによって前記ワークステーションの前記それぞれの個別位置において取り外し可能に試料キャリアを受け入れ固定するそれぞれのキャリアアライメント構造を有する支持プラットフォームを含む取り外し可能な第２液体分注周辺システムであって、前記第２液体分注周辺システムは、前記第１液体分注装置とは動作が独立し、ナノリットルからマイクロリットルの量の範囲の液体の個別量を、そこに位置付けられた試料キャリアの前記試験サイトへ選択的に分注するよう構成される第２液体分注周辺システム、
を備える汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記第２液体分注装置は、約１ナノリットルから約１０マイクロリットルの範囲の液体を分注するよう構成される汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記第１液体分注装置は、約１マイクロリットルから約１０ミリリットルの範囲の液体を分注するよう構成される汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項４】
請求項１に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記試料キャリアは、標準化されたマイクロタイタープレートを含み、
前記キャリアアライメント構造は、前記標準化されたマイクロタイタープレートを受け入れ、固定するよう構成される
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項５】
請求項２に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
少なくとも１つのワークステーションは、生体分子スクリーニング学会（ＳＢＳ）実験器具サイトに適合する
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項６】
請求項３に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記キャリアアライメント構造は、ＳＢＳ標準マイクロタイタープレート実験器具サイトに適合するよう構成される
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項７】
請求項６に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記周辺システムをＳＢＳ標準実験器具サイトに取り外し可能にマウントすることを可能にするマウント用ハードウェア
をさらに含む汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項８】
請求項１に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記第２液体分注周辺システムは、非接触型液体ディスペンサである
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項９】
請求項８に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記第１液体分注装置は、接触型液体ディスペンサである
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項１０】
請求項８に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記第２液体分注周辺システムは、そこに液体を吸引し、液体を１つ以上の非接触分注ノズルから分注する液体制御要素、および前記吸引された液体をマウントされた試料キャリアのターゲット試験サイトに選択的に分注するために前記１つ以上の非接触分注ノズルの位置決めを行う動き制御要素を含む
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記第２液体分注周辺システムは、前記液体制御要素および前記動き制御要素のスタンドアローンの、または遠隔制御の操作を行う、前記液体制御要素および前記動き制御要素の間に結合された操作インタフェース要素をさらに含む汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項１２】
請求項１０に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記液体制御要素は、液体を液体リザーバから、前記１つ以上の非接触分注ノズルを通してターゲット試験サイトに送出するための液体吸引、液体分注および液体切り替えを可能にするハイブリッドバルブ装置を含む
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記液体制御要素は、前記ハイブリッドバルブ装置の第１吸引口と流体連通する吸引源、および前記ハイブリッドバルブ装置の第１分注口と流体連通する分注源を含み、
前記ハイブリッドバルブ装置は、
吸引状態および分注状態の間で移動可能なバルブアセンブリ、および
前記第１吸引口を通して前記吸引源と流体連通する液体吸引導管、および前記バルブアセンブリが前記吸引状態にあるとき選択的に液体試料スラグを前記リザーバから個別の試料パスへ吸引するため前記バルブアセンブリと選択的に流体連通する第２吸引口を提供する分岐管装置であって、前記分岐管装置は、前記第１分注口を通して前記分注源と流体連通する液体分注導管、および前記バルブアセンブリが前記分注状態にあるとき前記液体試料スラグを前記試料パスから少なくとも１つの液滴を選択的に分注するために前記バルブアセンブリと選択的に流体連通する第２分注口をさらに提供する分岐管装置
を含み、
前記吸引状態において前記試料パスは前記分注源と流体連通ではなく、前記分注状態において前記試料パスは前記吸引源と流体連通ではない
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記分岐管装置は、前記第２吸引口および前記第２分注口を有するステータフェースを含み、前記バルブアセンブリは、ステータ・コンタクト境界において前記ステータフェースにスライド可能に接触するコンタクトフェースを有するバルブボディを含み、前記ステータ・コンタクト境界は、
前記第２吸引口を前記試料パスに流体的に結合する前記吸引状態、および
前記第２分注口を前記試料パスに流体的に結合する前記分注状態
の間をスライドしつつ封止された接触を保つ
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記バルブボディの前記コンタクトフェースは、
前記吸引状態において前記第２吸引口を前記試料パスに吸引チャネルを通して流体的に結合する吸引チャネル、および
前記分注状態において前記第２分注口を前記試料パスに分注チャネルを通して流体的に結合する分注チャネル
を含む汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記バルブボディおよび前記分岐管装置のうちの少なくとも１つは、前記吸引状態および前記分注状態の間で前記コンタクトフェース、前記吸引チャネルおよび前記分注チャネルを前記ステータフェースに対して回転させるために前記ステータ・コンタクト境界に実質的に垂直に伸びる回転軸の周りに回転可能である
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記分注チャネルおよび前記吸引チャネルは、前記回転軸について実質的に放射状の方向に伸びる
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記分岐管装置は、
前記ステータフェースにおいて終端する上部連通口、および前記液滴を分注するよう構成される分注オリフィスを有するそれぞれのノズルと流体連通する反対端を有する１次通路、および
前記ステータフェースにおいて終端する上部連通開口、および前記リザーバと流体連通する反対端を有するソース導管
を含む汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項１９】
請求項１８に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記バルブボディの前記コンタクトフェースは、前記試料パスの少なくとも一部を形成する試料チャネルを含み、前記試料チャネルは、前記吸引状態において前記吸引導管の前記第２吸引口を前記ソース導管の前記上部連通開口に流体的に結合し、前記分注状態において前記分注導管の前記第２分注口を前記１次通路の前記上部連通口に流体的に結合する
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項２０】
請求項１９に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記分岐管装置は、前記ステータフェースにおいて終端する上部フラッシュ口、およびフラッシュ源と流体連通する反対端を有するフラッシュ通路を含み、
前記バルブボディの前記コンタクトフェースは、前記それぞれのノズルを洗い流すために、前記吸引状態において前記フラッシュ通路の前記フラッシュ口を前記１次通路の前記上部連通口に流体的に結合し、前記分注状態において前記フラッシュ口を前記ソース導管の前記上部連通開口に流体的に結合するフラッシュチャネルを含む
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項２１】
請求項１０に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記動き制御要素は、基台部材が前記個別のワークステーションに戦略的に位置付けられるとき、前記それぞれのキャリアアライメント構造が、前記それぞれの個別の位置において取り外し可能に前記試料キャリアをそこに受け入れ、固定するように前記支持プラットフォームをその上で支持する基台部材を含む
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項２２】
請求項２１に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記動き制御要素は、前記ターゲット試験サイトへの前記個別の量の液体の前記選択的分注のために、前記１つ以上の液体分注ノズルを支持し、前記１つ以上の液体分注ノズルを位置付ける動きコントローラ装置をさらに含む
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項２３】
請求項２２に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記動きコントローラ装置は、Ｘ−Ｙ−Ｚデカルト座標系の３軸に沿って動くよう構成されたコントロールポストを含む
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項２４】
請求項２３に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記動きコントローラ装置は、前記コントロールポストと協働して前記１つ以上のノズルを前記Ｘ、ＹおよびＺ軸に沿って独立に動かすレールシステムおよびステッピングモータ装置を含む
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項２５】
請求項２４に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記キャリアアライメント構造および前記第２液体分注周辺システムの前記支持プラットフォームは協働して生体分子スクリーニング学会（ＳＢＳ）標準マイクロタイタープレート実験器具サイトを前記それぞれの個別の位置において提供する
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項２６】
請求項２５に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記ワークステーションのそれぞれは、生体分子スクリーニング学会（ＳＢＳ）実験器具サイトに適合し、
前記第２液体分注周辺システムは、取り外し可能に前記周辺システムをＳＢＳ標準実験器具サイトにマウントすることを可能にするマウント用ハードウェアを含む
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項２７】
請求項２３に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記動きコントローラ装置は、直線運動制御型、サーボ制御型および空気圧制御型のうちの１つである
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項２８】
請求項２３に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記１つ以上のノズルは、それぞれのノズルが前記液体制御要素に流体的に結合された一端および前記液滴を分注するよう構成される分注オリフィスにおいて終端する反対端を含む、複数の非接触分注ノズルによって提供される
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項２９】
請求項２８に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記液体制御要素は、１つ以上の液体リザーバおよび前記複数の前記非接触分注ノズルのうちの前記一端の間で流体的に結合され、選択された液体リザーバから液体を選択された分注ノズルを通して前記ターゲット試験サイトに送出するために液体吸引、液体分注および液体切り替えを可能にするハイブリッドバルブ装置を含む
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項３０】
請求項１３に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記分注源は、ドロップオンデマンド型インクジェット印刷バルブを含む
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項３１】
請求項３０に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記インクジェット印刷バルブは、熱インクジェットバルブ、ソレノイドインクジェットバルブ、圧電インクジェットバルブ、および空気圧パイロットバルブのうちの１つである
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項３２】
請求項１３に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記分注源は、シリンジ型計量装置、圧電型計量装置、熱電型計量装置および正変位型計量装置のうちの１つである
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項３３】
請求項３２に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記シリンジ型計量装置は、単一のシリンジ型計量装置を複数の流体パスに接続する複数のセレクタバルブを含む
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項３４】
請求項３３に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記吸引源は、ダイアフラムポンプ型計量装置、サブ・マイクロリットルの解像度を持つモータによってアクチュエートされる電子機械的ピストン型計量装置、真空源型計量装置および蠕動ポンプ型計量装置のうちの１つである
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項３５】
請求項１３に記載の汎用液体ハンドリングシステムであって、
前記吸引源は、複数の吸引アクチュエータを含み、
前記分注源は、複数の分注アクチュエータを含み液体を複数の液体リザーバから基板表面上の複数の試験サイトへ送出し、
前記分岐管装置は複数の液体吸引導管を含み、それぞれの液体吸引導管は、前記バルブアセンブリと選択的に流体連通し、前記バルブアセンブリが前記吸引状態にあるときそれぞれの液体試料スラグを試料液体の対応するリザーバから個別の試料パス内へ選択的に吸引するために対応する吸引アクチュエータと流体連通する第１吸引口、および前記ステータフェースにおいて終端する第２吸引口を有し、
前記分岐管ボディは複数の液体分注導管をさらに規定し、それぞれの液体分注導管は、対応する分注アクチュエータと流体連通するそれぞれの第１分注口、および前記バルブアセンブリと選択的に流体連通し、前記バルブアセンブリが前記分注状態にあるとき前記対応する液体試料スラグのうちの少なくとも１つの液滴を前記対応する試料パスから分注するための前記ステータフェースにおいて終端する第２分注口を有し、
前記吸引状態において、それぞれの試料パスは、前記それぞれの分注アクチュエータと流体連通にならず、前記分注状態において、それぞれの試料パスは前記それぞれの吸引アクチュエータと流体連通にならない
汎用液体ハンドリングシステム。
【請求項３６】
複数の個別のワークステーションを有するワークエリアを規定する既存の自動化された液体ハンドリングシステムと共に用いられる取り外し可能な２次液体分注モジュールであって、
それぞれの前記ワークステーションは、実験器具サイトを提供し、前記取り外し可能に標準化されたマイクロタイタープレートを個別の実験器具サイトにおいて固定することを可能にするアライメント構造を含み、
それぞれの前記マイクロタイタープレートは、複数の試験サイトをその中に有し、
前記自動化された液体ハンドリングシステムは、前記マイクロタイタープレートを前記個別のワークステーションの前記実験器具サイトへ、およびそれから動かし、位置決めし、前記個別のキャリアアライメント構造に係合させるプレート位置決めメカニズム、および約１マイクロリットルから約１０ミリリットルの範囲の個別の量の液体を前記個別のワークステーションの前記個別のアライメント構造内に固定された前記マイクロタイタープレートの前記試験サイトへ選択的に接触型分注を行うよう構成される１次液体分注装置をさらに含み、前記２次液体分注モジュールは、
ワークステーションのフットプリント内に実質的に収まるよう大きさが決められた基台部材、
取り外し可能に前記基台部材を前記ワークステーション内に固定するよう構成されたマウント用ハードウェア、
前記基台部材に固定され、マイクロタイタープレートを支持するよう構成された支持プラットフォーム、
前記自動化された液体ハンドリングシステムの前記プレート位置決めメカニズムによって、取り外し可能に前記マイクロタイタープレートを受け入れ、固定するよう構成されたアライメントメカニズムで、前記支持プラットフォームおよびアライメントメカニズムは協働して実験器具サイトを提供する、アライメントメカニズム、および
前記１次液体分注装置と独立であって、約１ナノリットルから約１０マイクロリットルの範囲の個別の量の液体を選択的に非接触で前記マイクロタイタープレートの前記試験サイトに分注する２次液体分注装置
を備える取り外し可能な２次液体分注モジュール。
【請求項３７】
請求項３６に記載の２次液体分注モジュールであって、
液体リザーバから液体をその中に吸引し、およびそこから液体分注するよう構成された液体制御要素、および
選択的に前記吸引された液体を、前記マイクロタイタープレートの選択された前記ターゲット試験サイトに分注するために前記液体制御要素に流体的に結合された複数の非接触分注ノズルを有する動き制御要素
をさらに備える２次液体分注モジュール。
【請求項３８】
請求項３７に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記液体制御要素および前記動き制御要素のスタンドアローンの、または遠隔制御の操作を行う前記液体制御要素および前記動き制御要素の間に結合された操作インタフェース要素
をさらに備える２次液体分注モジュール。
【請求項３９】
請求項３７に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記液体制御要素は、液体を１つ以上の液体リザーバから、選択された非接触分注ノズルを通して前記ターゲット試験サイトに送出するために、液体吸引、液体分注および液体切り替えを可能にするハイブリッドバルブ装置を含む
２次液体分注モジュール。
【請求項４０】
請求項３９に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記液体制御要素は、前記ハイブリッドバルブ装置の第１吸引口と流体連通する吸引源、および前記ハイブリッドバルブ装置の第１分注口と流体連通する分注源を含み、
前記ハイブリッドバルブ装置は、
吸引状態および分注状態の間で移動可能なバルブアセンブリ、および
前記第１吸引口を通して前記吸引源と流体連通する液体吸引導管、および前記バルブアセンブリが前記吸引状態にあるとき選択的に液体試料スラグを前記リザーバから個別の試料パスへ吸引するため前記バルブアセンブリと選択的に流体連通する第２吸引口を提供する分岐管装置であって、前記分岐管装置は、前記第１分注口を通して前記分注源と流体連通する液体分注導管、および前記バルブアセンブリが前記分注状態にあるとき前記液体試料スラグを前記試料パスから少なくとも１つの液滴を選択的に分注するために前記バルブアセンブリと選択的に流体連通する第２分注口をさらに提供する分岐管装置
を含み、
前記吸引状態において前記試料パスは前記分注源と流体連通ではなく、前記分注状態において前記試料パスは前記吸引源と流体連通ではない
２次液体分注モジュール。
【請求項４１】
請求項４０に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記分岐管装置は、前記第２吸引口および前記第２分注口を有するステータフェースを含み、前記バルブアセンブリは、ステータ・コンタクト境界において前記ステータフェースにスライド可能に接触するコンタクトフェースを有するバルブボディを含み、前記ステータ・コンタクト境界は、
前記第２吸引口を前記試料パスに流体的に結合する前記吸引状態、および
前記第２分注口を前記試料パスに流体的に結合する前記分注状態
の間をスライドしつつ封止された接触を保つ
２次液体分注モジュール。
【請求項４２】
請求項４１に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記バルブボディの前記コンタクトフェースは、
前記吸引状態において前記第２吸引口を前記試料パスに吸引チャネルを通して流体的に結合する吸引チャネル、および
前記分注状態において前記第２分注口を前記試料パスに分注チャネルを通して流体的に結合する分注チャネル
を含む２次液体分注モジュール。
【請求項４３】
請求項４２に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記バルブボディおよび前記分岐管装置のうちの少なくとも１つは、前記吸引状態および前記分注状態の間で前記コンタクトフェース、前記吸引チャネルおよび前記分注チャネルを前記ステータフェースに対して回転させるために前記ステータ・コンタクト境界に実質的に垂直に伸びる回転軸の周りに回転可能である
２次液体分注モジュール。
【請求項４４】
請求項４３に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記分注チャネルおよび前記吸引チャネルは、前記回転軸について実質的に放射状の方向に伸びる
２次液体分注モジュール。
【請求項４５】
請求項４１に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記分岐管装置は、
前記ステータフェースにおいて終端する上部連通口、および前記液滴を分注するよう構成される分注オリフィスを有するそれぞれのノズルと流体連通する反対端を有する１次通路、および
前記ステータフェースにおいて終端する上部連通開口、および前記リザーバと流体連通する反対端を有するソース導管
を含む２次液体分注モジュール。
【請求項４６】
請求項４５に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記バルブボディの前記コンタクトフェースは、前記試料パスの少なくとも一部を形成する試料チャネルを含み、前記試料チャネルは、前記吸引状態において前記吸引導管の前記第２吸引口を前記ソース導管の前記上部連通開口に流体的に結合し、前記分注状態において前記分注導管の前記第２分注口を前記１次通路の前記上部連通口に流体的に結合する２次液体分注モジュール。
【請求項４７】
請求項４６に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記分岐管装置は、前記ステータフェースにおいて終端する上部フラッシュ口、およびフラッシュ源と流体連通する反対端を有するフラッシュ通路を含み、
前記バルブボディの前記コンタクトフェースは、前記それぞれのノズルを洗い流すために、前記吸引状態において前記フラッシュ通路の前記フラッシュ口を前記１次通路の前記上部連通口に流体的に結合し、前記分注状態において前記フラッシュ口を前記ソース導管の前記上部連通開口に流体的に結合するフラッシュチャネルを含む
２次液体分注モジュール。
【請求項４８】
請求項３７に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記動き制御要素は、基台部材が前記個別のワークステーションに戦略的に位置付けられるとき、前記それぞれのアライメント構造が、前記それぞれの個別の位置において取り外し可能に前記マイクロタイタープレートをそこに受け入れ、固定するように前記支持プラットフォームをその上で支持する基台部材を含む
２次液体分注モジュール。
【請求項４９】
請求項４８に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記動き制御要素は、前記ターゲット試験サイトに前記個別の量の液体を選択的に分注するよう、前記複数の非接触分注ノズルを前記マウントされたマイクロタイタープレートの上で移動させるために前記基台部材に移動可能にマウントされた動きコントローラ装置をさらに含む
２次液体分注モジュール。
【請求項５０】
請求項４９に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記動きコントローラ装置は、Ｘ−Ｙ−Ｚデカルト座標系の３軸に沿って動くよう構成されたコントロールポストを含む
２次液体分注モジュール。
【請求項５１】
請求項５０に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記動きコントローラ装置は、前記コントロールポストと協働して前記複数の分注ノズルを前記Ｘ、ＹおよびＺ軸に沿って独立に動かすレールシステムおよびステッピングモータ装置を含む
２次液体分注モジュール。
【請求項５２】
請求項５０に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記動きコントローラ装置は、直線運動制御型、サーボ制御型および空気圧制御型のうちの１つである
２次液体分注モジュール。
【請求項５３】
請求項５０に記載の２次液体分注モジュールであって、
それぞれの非接触分注ノズルは、前記液体制御要素に流体的に結合された一端および前記液滴を分注するよう構成される分注オリフィスにおいて終端する反対端を含む
２次液体分注モジュール。
【請求項５４】
請求項５３に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記液体制御要素は、１つ以上の液体リザーバおよび前記複数の前記非接触分注ノズルのうちの前記一端の間で流体的に結合され、選択された液体リザーバから液体を選択された分注ノズルを通して前記ターゲット試験サイトに送出するために液体吸引、液体分注および液体切り替えを可能にするハイブリッドバルブ装置を含む
２次液体分注モジュール。
【請求項５５】
請求項４０に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記分注源は、ドロップオンデマンド型インクジェット印刷バルブを含む
２次液体分注モジュール。
【請求項５６】
請求項５５に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記インクジェット印刷バルブは、熱インクジェットバルブ、ソレノイドインクジェットバルブ、圧電インクジェットバルブ、および空気圧パイロットバルブのうちの１つである
２次液体分注モジュール。
【請求項５７】
請求項４０に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記分注源は、シリンジ型計量装置、圧電型計量装置、熱電型計量装置および正変位型計量装置のうちの１つである
２次液体分注モジュール。
【請求項５８】
請求項５７に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記シリンジ型計量装置は、単一のシリンジ型計量装置を複数の流体パスに接続する複数のセレクタバルブを含む
２次液体分注モジュール。
【請求項５９】
請求項４０に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記吸引源は、ダイアフラムポンプ型計量装置、サブ・マイクロリットルの解像度を持つモータによってアクチュエートされる電子機械的ピストン型計量装置、真空源型計量装置および蠕動ポンプ型計量装置のうちの１つである
２次液体分注モジュール。
【請求項６０】
請求項４０に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記吸引源は、複数の吸引アクチュエータを含み、
前記分注源は、複数の分注アクチュエータを含み液体を複数の液体リザーバから基板表面上の複数の試験サイトへ送出し、
前記分岐管装置は複数の液体吸引導管を含み、それぞれの液体吸引導管は、前記バルブアセンブリと選択的に流体連通し、前記バルブアセンブリが前記吸引状態にあるときそれぞれの液体試料スラグを試料液体の対応するリザーバから個別の試料パス内へ選択的に吸引するために対応する吸引アクチュエータと流体連通する第１吸引口、および前記ステータフェースにおいて終端する第２吸引口を有し、
前記分岐管ボディは複数の液体分注導管をさらに規定し、それぞれの液体分注導管は、対応する分注アクチュエータと流体連通するそれぞれの第１分注口、および前記バルブアセンブリと選択的に流体連通し、前記バルブアセンブリが前記分注状態にあるとき前記対応する液体試料スラグのうちの少なくとも１つの液滴を前記対応する試料パスから分注するための前記ステータフェースにおいて終端する第２分注口を有し、
前記吸引状態において、それぞれの試料パスは、前記それぞれの分注アクチュエータと流体連通にならず、前記分注状態において、それぞれの試料パスは前記それぞれの吸引アクチュエータと流体連通にならない
２次液体分注モジュール。
【請求項６１】
請求項３６に記載の２次液体分注モジュールであって、
前記アライメントメカニズムおよび前記支持プラットフォームは協働して生体分子スクリーニング学会（ＳＢＳ）標準マイクロタイタープレート実験器具サイトを提供する
２次液体分注モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動化された液体管理システムおよびサンプルキャリアを採用するサンプル分析の分野に関し、より具体的には大規模な化学的または生化学的スクリーニング試験、合成、アレイ作製およびプレートスポッティングのあいだの液体分注量および既存の液体管理システムの融通性を増す方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生命科学、特にゲノム解析およびプロテオーム解析は、生物工学および製薬産業界によってなされなければならない反応および分析の数を飛躍的に増加させてきている。推定３０００万回のテストが、典型的な製薬会社の化合物ライブラリをターゲット受容体に対してスクリーニングするためには必要とされる。この典型的な数のテストは、情報がヒトゲノムのシーケンスから集められるにつれて劇的に増加する。これらの増加するスループットの要求を経済的に実現可能なかたちで満足するためには、テストの小型化が不可避である。
【０００３】
技術的な進歩によって、さまざまなタイプの分析を行うためのマイクロスケールにおける化学／生化学反応の実証および使用が可能にしている。このように小さなスケールにおけるこれら反応を実現することは、従来のアプローチによっては釣り合わないような経済学をもたらす。容量が小さくなったことにより、コストは大きさにしたがって削減されるが、従来の液体ハンドリングデバイスは必要とされる容量では機能しない。パラレルインプリメンテーションは、スクリーニングのための高密度プレートおよびタンパク質の質量分析のための高密度ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦプレートの使用によって示されるように、より多くの優位性を提供する。律速するハードウェアは、注目化合物のためのロバストでスケーラブルな低容量液体トランスファー技術である。大きくなる要求とともに、複数の試薬のサブマイクロリットルの容量（すなわちナノリットルからマイクロリットル）を操作するのに適した液体ハンドリングデバイスの開発が望まれる。
【０００４】
液体試薬ハンドリングを行う最近のシステムは、しばしば「ピックアンドプレイス」手法を採用し、ここでソースプレートからのサンプル、通常はマイクロリッタのプレートが取り上げられ、ターゲットプレートとして知られる他のリザーバに置かれる。この手法は、プレートを反復試験に使うためにしばしば適用され、ここでソースおよびターゲットプレート間のスケールの縮小が効果的に実現される。典型的には適切な容量がソースプレートから吸引され、複数のターゲットプレート上のターゲットサイトに置かれる。この構成において、縮小されたサンプル容量およびサンプル間隔がより高い縮小化のために必要である。
【０００５】
しかしＤＮＡ制限マッピング、ＤＮＡプローブ生成、ＤＮＡ複製、ＤＮＡサンプル処理およびサイクルシーケンシングのような治療目的および研究プロシージャのための、核酸シーケンシングまたは他の分子生物学的プロシージャに現在用いられているこれらの古い従来の自動化された液体ハンドリングシステムの多くはマイクロリットルからミリリットルレンジの液体を操作し分注するよう設計されている。
【０００６】
これら従来の液体ハンドリングワークステーションは、それらがカバーする特定の応用例（例えば約１μｌから約１０ｍｌ）のために計量分配する比較的多い容量の液体を操作するのには適するが、それらは上述の応用例を行うためにサブマイクロリットル容量の液体（例えばナノリットルからマイクロリットル）を正確に供給するのには適さない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
よって既存の従来の１次液体ハンドリングデバイスと協働してナノリットルからマイクロリットルの液体を分注できる２次液体計量分配システムおよび方法を提供することが望まれ、ここで１次液体計量分配システムのマイクロリットルからミリリットルまでの液体分注が維持される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、複数の個別のワークステーションを有するワークエリアを規定する既存の自動化された液体ハンドリングシステムと共に用いられる取り外し可能な２次液体分注モジュールを提供する。それぞれの前記ワークステーションは、実験器具サイトを提供し、前記取り外し可能に標準化されたマイクロタイタープレートを個別の実験器具サイトにおいて固定することを可能にするアライメント構造を含む。それぞれの前記マイクロタイタープレートは、複数の試験サイトをその中に有する。前記自動化された液体ハンドリングシステムは、プレート位置決めメカニズムおよび１次液体分注装置をさらに含む。プレート位置決めメカニズムは、前記マイクロタイタープレートを前記個別のワークステーションの前記実験器具サイトへ、およびそれから動かし、位置決めし、前記個別のキャリアアライメント構造に係合させる。１次液体分注装置は、約１マイクロリットルから約１０ミリリットルの範囲の個別の量の液体を前記個別のワークステーションの前記個別のアライメント構造内に固定された前記マイクロタイタープレートの前記試験サイトへ選択的に接触型分注を行うよう構成される。
【０００９】
前記２次液体分注モジュールは、ワークステーションのフットプリント内に実質的に収まるよう大きさが決められた基台部材、および取り外し可能に前記基台部材を前記ワークステーション内に固定するよう構成されたマウント用ハードウェアを含む。支持プラットフォームは、前記基台部材に固定され、マイクロタイタープレートを支持するよう構成される。アライメントメカニズムは、前記自動化された液体ハンドリングシステムの前記プレート位置決めメカニズムによって、取り外し可能に前記マイクロタイタープレートを受け入れ、固定するよう構成される。前記支持プラットフォームおよびアライメントメカニズムは協働して実験器具サイトを提供する。２次液体分注モジュールは、前記１次液体分注装置と動作の点で独立である２次液体分注装置をさらに含む。２次分注装置はさらに、約１ナノリットルから約１０マイクロリットルの範囲の個別の量の液体を選択的に非接触で前記マイクロタイタープレートの前記試験サイトに分注するよう構成される。
【００１０】
したがって本発明は、自給式２次液体分注周辺機器を提供し、これにより試料または試薬液体の、それが配置される自動化液体ハンドリングシステムが不可能である、試料キャリア試験サイトへの、マイクロリットル未満の体積におけるより正確な液体送出が可能になる。例えば、約１マイクロリットルから約１０ミリリットルの範囲のより粗い個別の量の液体についての液体ハンドリングは、より粗い１次液体分注装置によって依然として維持されえる。しかし、これら既存の１次液体分注システムが設計されていない、約１ナノリットルから約１０マイクロリットルの範囲のより小さい個別の量の液体を分注することが望ましいときは、より細かく、正確な２次液体ハンドリングシステムが利用されえる。
【００１１】
ある具体的な実施形態において、アライメントメカニズムおよび支持プラットフォームは協働して生体分子スクリーニング学会（ＳＢＳ）標準マイクロタイタープレート実験器具サイトを提供する。よって本発明の２次液体ハンドリングシステムは、ＳＢＳ標準に適合する既存の液体ハンドリングシステム内に動作可能に配置させて、システムの全体としての液体処理能力を改善するように協働して機能しえる。
【００１２】
さらに他の実施形態は、液体リザーバから液体をその中に吸引し、およびそこから液体分注するよう構成された液体制御要素、および選択的に前記吸引された液体を、前記マイクロタイタープレートの選択された前記ターゲット試験サイトに分注するために前記液体制御要素に流体的に結合された複数の非接触分注ノズルを有する動き制御要素を持つ本発明による２次液体ハンドリングシステムを開示する。操作インタフェースは、前記液体制御要素および前記動き制御要素のスタンドアローンの、または遠隔制御の操作を行う前記液体制御要素および前記動き制御要素の間に結合される。
【００１３】
他の構成において、前記液体制御要素は、液体を１つ以上の液体リザーバから、選択された非接触分注ノズルを通して前記ターゲット試験サイトに送出するために、液体吸引、液体分注および液体切り替えを可能にするハイブリッドバルブ装置を含む。前記液体制御要素は、前記ハイブリッドバルブ装置の第１吸引口と流体連通する吸引源、および前記ハイブリッドバルブ装置の第１分注口と流体連通する分注源をさらに含む。前記ハイブリッドバルブ装置は、吸引状態および分注状態の間で移動可能なバルブアセンブリ、および  前記第１吸引口を通して前記吸引源と流体連通する液体吸引導管、および前記バルブアセンブリが前記吸引状態にあるとき選択的に液体試料スラグを前記リザーバから個別の試料パスへ吸引するため前記バルブアセンブリと選択的に流体連通する第２吸引口を提供する分岐管装置を含む。前記分岐管装置は、前記第１分注口を通して前記分注源と流体連通する液体分注導管、および前記バルブアセンブリが前記分注状態にあるとき前記液体試料スラグを前記試料パスから少なくとも１つの液滴を選択的に分注するために前記バルブアセンブリと選択的に流体連通する第２分注口をさらに提供する。前記吸引状態において前記試料パスは前記分注源と流体連通ではなく、前記分注状態において前記試料パスは前記吸引源と流体連通ではない。
【００１４】
ある実施形態において、ハイブリッドバルブは、複数の吸引アクチュエータおよび複数の分注アクチュエータを含み、液体を複数の液体リザーバから基板表面上の複数の試験サイトへ送出する。分岐管装置は、複数の独立した液体吸引導管を規定し、これらのそれぞれは、複数の吸引アクチュエータのうちの対応する１つと流体連通する第１吸引口、およびバルブアセンブリと選択的流体連通するための分岐管のステータフェースにおいて終端する第２吸引口を含む。よってバルブアセンブリが吸引状態にあるとき、それぞれの吸引アクチュエータは、選択的にそれぞれの液体試料スラグを試料液体の対応するリザーバから個別の試料パスへと吸引する。分岐管装置はさらに、複数の液体分注導管を規定し、これらのそれぞれは、複数の分注アクチュエータのうちの対応する１つと流体連通するそれぞれの第１分注口、およびステータフェースにおいて終端する第２分注口を有する。バルブアセンブリが分注状態にあるとき、それぞれの分注アクチュエータは、対応する試料パスからの対応する液体試料スラグの少なくとも１つの液滴を選択的に分注するよう動作されえる。
【００１５】
したがって、バルブアセンブリが吸引または分注状態のいずれにおいても、吸引アクチュエータまたは分注アクチュエータの両方が試料パスと流体連通するときは全く存在しない。この構成は、流体を試料パス内に吸引するあいだは分注源が試料パスから分離されることにより、分注源が試料採取された液体によって汚染されえないという点で有益である。さらにそれぞれの液体パスは、吸引アクチュエータおよび分注アクチュエータ間で動作可能に切り替えられることで、システムの油圧流体（system hydraulic fluid）を吸引中に隔離することができ、また結果として試薬または試料液体を試験サイトに小さい体積で非接触分注することができる。
【００１６】
さらに他の具体的な実施形態において、前記動き制御要素は、基台部材が前記個別のワークステーションに戦略的に位置付けられるとき、前記それぞれのキャリアアライメント構造が、前記それぞれの個別の位置において取り外し可能に前記試料キャリアをそこに受け入れ、固定するように前記支持プラットフォームをその上で支持する基台部材を含む。  前記動き制御要素は、前記ターゲット試験サイトへの前記個別の量の液体の前記選択的分注のために、前記１つ以上の液体分注ノズルを支持し、前記１つ以上の液体分注ノズルを位置付ける動きコントローラ装置をさらに含む。前記動きコントローラ装置は、Ｘ−Ｙ−Ｚデカルト座標系の３軸に沿って動くよう構成されたコントロールポストを含む。
【００１７】
本発明の他の局面において、１つ以上の試料キャリアの試験サイトへ液体を分注する汎用液体ハンドリングシステムが提供され、これは実験作業を実行するための複数の個別ワークステーションを有するワークエリア、およびそれぞれ個別の位置において試料キャリアのうちの１つを取り外し可能に受け入れ固定するよう構成される１つ以上のワークステーションにおけるキャリアアライメント構造を備える。フレームアセンブリは、ワークエリア近傍に配置され、移動可能な支持システムは、前記フレームアセンブリに移動可能に結合される。支持システムは、試料キャリア位置決めメカニズムおよび第１液体分注装置を含む。試料キャリア位置決めメカニズムは、前記１つ以上の試料キャリアの、前記それぞれのワークステーションの前記それぞれ個別位置への、およびそれからの、および前記それぞれの個別キャリアアライメント構造と係合する、および係合しない、移動および位置決めを行う。第１液体分注装置は、マイクロリットルからミリリットル体積の範囲で液体の個別の量を、前記個別ワークステーションの前記個別アライメント構造内に固定された前記１つ以上のサンプルキャリアの前記試験サイトへ選択的に分注するよう構成される。液体ハンドリングシステムは、さらに、前記個別ワークステーションの少なくとも１つにおいて前記ワークエリア内に位置付けられるよう構成される取り外し可能な第２液体分注周辺システムを含む。取り外し可能な第２液体分注周辺システムは、前記試料キャリア位置決めメカニズムによって前記ワークステーションの前記それぞれの個別位置において取り外し可能に試料キャリアを受け入れ固定するそれぞれのキャリアアライメント構造を有する支持プラットフォームを含む。前記第２液体分注周辺システムは、前記第１液体分注装置とは動作が独立し、約１ナノリットルから約１０マイクロリットルの量の範囲の液体の個別量を、そこに位置付けられた試料キャリアの前記試験サイトへ選択的に分注するよう構成される。
【００１８】
ある具体的な実施形態において、前記試料キャリアは、標準化されたマイクロタイタープレートを含み、前記キャリアアライメント構造は、前記標準化されたマイクロタイタープレートを受け入れ、固定するよう構成される。他の構成においては、少なくとも１つのワークステーションは、生体分子スクリーニング学会（ＳＢＳ）実験器具サイトに適合し、第２液体分注周辺システム自身も、それと統合されたＳＢＳ実験器具サイトを含み、周辺システムがワークステーションにマウントされるとき、試料キャリアを位置決めメカニズムから受け取るために標準ＳＢＳ実験器具サイトが提供される。
【００１９】
さらに他の実施形態において、第１液体分注装置は、接触型液体ディスペンサであり、一方で、第２液体分注周辺システムは、非接触型液体ディスペンサである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の構成は、他の目的および優位性の特徴を持つが、これらは本発明を実施するベストモードの以下の記載および添付の特許請求の範囲により、添付の図面と併せれば容易に明らかになろう。
【００２１】
本発明はいくつかの具体的な実施形態を参照して記載されるが、この記載は本発明を例示的に示すものであって本発明を限定的すると解釈されるべきではない。添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の真の精神および本発明の範囲を逸脱することなく、当業者によって本発明へのさまざまな改変が好ましい実施形態になされえる。よりよい理解のためにさまざまな図を通して同様の要素は同様の参照番号によって示されることにここで注意されたい。
【００２２】
ここで図１〜６、１５および１６を参照して、大きくは２０で参照されるハイブリッドバルブ装置は、試料または試薬液体（reagent fluid）をリザーバ２３から基板表面２６上の試験サイト２５に転送するために吸引源２１および分注源（dispensing source）２２とともに用いられるよう提供される。大きくはハイブリッドバルブ装置２０は、吸引状態（図５、９および１０）と分注（dispensing）状態（図６、１１および１２）とのあいだを移動可能なバルブアセンブリ２７（図１５および１６）、およびバルブアセンブリに結合された分岐管装置２８を含む。分岐管装置２８は、吸引源２１と流体連通した第１吸引口３１を持つ流体吸引導管３０を含む。バルブアセンブリ２７が吸引状態にあるときにリザーバ２３から個別の試料パス３３内へと液体試料スラグを選択的に吸引するために、吸引導管３０の反対端上には、バルブアセンブリ２７と選択的に流体連通する第２吸引口３２がある。分岐管装置２８は、分注源２２と流体連通する第１分注口３６、およびバルブアセンブリ２７と選択的に流体連通する第２分注口３７を持つ流体分注導管３５をさらに含む。バルブアセンブリ２７が分注状態（図６、１１および１２）に位置付けられるとき、試料パス３３は、そこから液体試料スラグの少なくとも１つの液滴３４を選択的に分注するために、分注源２２に流体的に結合される。重要なことは、この位置において、バルブアセンブリ２７も、試料パス３３を吸引源２１から流体的に分離する。対照的に、吸引状態（図５、９および１０）ではバルブアセンブリ２７は、試料パス３３を吸引源２１に流体的に結合し、一方で同時に分注源２２とは流体的に連通しない。
【００２３】
したがってハイブリッドバルブ装置は、吸引アクチュエータおよび分注アクチュエータの、試料または試薬液体を含む試料パスとの流体的連通を制御するスイッチングシステムを提供する。ハイブリッドバルブ装置が吸引状態または分注状態のいずれにあっても、試料パスが吸引アクチュエータおよび分注アクチュエータの両方と同時に流体的に連通することをバルブアセンブリが許容することはどの時点においてもない。この構成は、流体を試料パス内に吸引するあいだは分注源が試料パスから分離されることにより、分注源が試料採取された液体によって汚染されえないという点で有益である。さらにそれぞれの試料パスは、吸引アクチュエータおよび分注アクチュエータ間で動作可能に切り替えられることで、微小計量し非接触で試薬または試料液体を試験サイトに並列に分配することが可能である。
【００２４】
図３の概略図で最もよく見られるように、本発明は、化学的または生化学的試料または試薬を、従来のマイクロタイタープレート４０のリザーバウェル３８、すなわち９６または３８４ウェルから、より高い密度の試験サイト２５、すなわち１５３６ウェルマイクロタイタープレートに転送するのに、または遺伝子発現または他のスクリーニング実験を行うのに用いられるチップベースのバイオセンサ（「マイクロアレイ」と通常呼ばれる）の製造に特に適している。簡単には、ハイブリッドバルブ装置は、アレイをプリントするのに適応可能であり、ここで隣接する試験サイト２５間の距離、つまり試験サイトピッチは、約１ミクロン（μｍ）から約１０，０００ミクロン（μｍ）の範囲である。
【００２５】
よって好ましい実施形態において、分岐管装置２８は、複数の流体吸引導管３０、対応する流体分注導管３５および対応する試料パス３３を含み、これらは協働して液体を液体リザーバ２３から対応する試験サイト２５へ並列転送する（図３、４、１３および１４）。簡単にはそれぞれの流体吸引導管３０は、対応する吸引源またはアクチュエータと流体連通する第１吸引口３１、および分岐管装置２８のステータフェース表面４１において終端する反対の第２吸引口３２を含む。さらにそれぞれの液体分注導管３５は、対応する分注アクチュエータ２２と流体連通する第１分注口３６、および分岐管ステータフェース４１においてやはり終端する反対の第２分注口３７も含む。
【００２６】
吸引状態に位置付けられるとき（図５、９および１０）、バルブアクチュエータアセンブリ２７は、試料パス３３がステータフェース４１において吸引導管３０の対応する第２吸引口３２と選択的に流体連通することを許容する一方で、分注導管３５の対応する第２分注口３７と流体連通することを同時に防止する。逆に、バルブアセンブリが分注状態に位置付けられるとき（図６、１１および１２）、試料パス３３は、対応する第２分注口３７とステータフェースにおいて選択的流体連通状態にされ、一方で第２吸引口３２とは流体連通状態ではなくなる。
【００２７】
好ましくは本発明は、対応する試料パス３３に連通する１２個の独立した吸引導管３０、および分注導管３５を含む。よってもともとハイブリッドバルブ装置２０は、同時に試料または試薬液体を１２個の試験サイトに同時に吐出しえる。これよりも多いまたは少ない数の独立した導管を含む他の構成も可能である。しかしこのシステムは、１対１の液体転送、すなわちそれぞれの試薬リザーバから指定された試験サイトへの転送のために構成されえることが理解されよう。このような柔軟性はまた、好ましい利用法の多くのバリエーションを与える。特にこのハイブリッドバルブ装置は、試料または試薬液体を与えられた数のリザーバから異なる数の試験サイトへ転送するよう構成されえる。例えばハイブリッドバルブ分岐管装置２８の切り替え技術は、複数の吸引リザーバ２３からの液体試料が単一の試験サイト上へ分注されるように設計されえる。逆に、この分岐管法は、単一のリザーバ２３から液体を複数の試験サイトへと与えるよう適応されえる。
【００２８】
簡単には図１および２示されるように、分岐管装置２８は、その安定した保持のために好ましくは底部ステータカバー４２および上部ステータリング４３の間に挟持される。このアセンブリは、分岐管装置２８、液体リザーバ２３および試験サイト２５（図１および３）間の相対的移動をもたらすトラックまたは転送メカニズム（不図示）と協働する。好ましくは、ハイブリッドバルブ装置２０の全体がマイクロタイタープレート４０および試験サイト２５のアレイ間で移動される。
【００２９】
ハイブリッドバルブ装置２０は、液体試料または試薬の複数の体積を複数のチップ試験サイトに同時に転送するために適応されるが、本発明は、分岐管装置２８内の単一の試料パス３３からの液体の転送を参照することによってその動作を説明することでよりよく理解される。この説明では簡単には、吸引アクチュエータ２１は、試料液体を単一のリザーバ２３から試料パスへと吸引するために、バルブアセンブリ２７を介して分岐管試料パス３３に流体的に結合される。その後、試料パス３３は、試料パス３３内に含まれる試料液体を細かく制御して分注するために、分注導管３５に流体連通するように切り替えられる。したがって図５、６および９〜１２は、液体転送要素群のうちの単一のセットを意図的に描いている。
【００３０】
図５および６に戻り、この実施形態においては、それぞれの試料パス３３は、分岐管装置２８によって規定されるその１次通路部４５を含む。この１次通路部４５は、ハイブリッドバルブ装置２０の軸４４に実質的に平行な向きに実質的に鉛直に伸びる。さらにそれぞれの１次通路４５は、ステータフェース４１において終端する上部連通口４６、および底部連通口４７を含む。
【００３１】
好ましくは図５および６に最もよく図示されるように、それぞれの１次通路４５は、底部連通口群４７のうちの１つから外に伸びる対応するノズル部材４８を含む。以下により詳細に記載されるように、それぞれのノズル部材は、その中の試料液体の個別吸引（吸引状態において）またはその中の試料液体の個別分注（分注状態において）を可能にする分岐管装置２８に取り外し可能にマウントされる。さらにノズル通路５０は、対応する試料パス３３の容積を本質的に増加させるノズル部材４８を通って長手方向に伸びる。
【００３２】
本発明によれば、吸引導管３０、分注導管３５および１次通路４５のそれぞれは、バルブアセンブリのロータ要素５２のロータフェース５１（図８）と流体連通するためにステータフェース４１（図７）において終端するそれぞれの開口３２、３７および４６を含む。好ましい実施形態において、１次通路４５の上部連通口４６のそれぞれは、互いに等距離にあり、ロータ要素５２の回転軸について放射状に間隔が設けられている。同様に、２次吸引口３２のそれぞれおよび２次分注口３７のそれぞれも互いに等距離にあり、回転軸４４について放射状に間隔が設けられている。しかし図７は、対応する吸引アクチュエータ２１と流体連通することをたまたま可能にする２次吸引口３２のそれぞれが上部連通口４６の半径よりも小さい回転軸４４からの半径に位置し、一方で、２次分注口３７のそれぞれが上部連通口の半径よりも大きい半径に位置することを最もよく図示する。最後に上部連通口４６、それらの対応する２次吸引口３２および分注口３７は、回転軸４４と交差する放射状線と好ましくは同一直線状にアラインされる。
【００３３】
しかし対応する開口は、交互に間隔が設けられて位置付けられても本発明の真の精神および特徴から逸脱することはないことが理解されよう。例えば対応する開口３２、３７および４６間では同一直線状のアライメントが好ましいが、明らかなようにこれは分岐管装置の機能の要件ではない。さらに第２分注口３７および第２吸引口３２が、１次通路４５の上部連通口４６の回転軸４４からの半径距離よりも小さい、または大きい半径距離にあることは、決定的ではない。
【００３４】
本発明によればバルブアセンブリ２７および分岐管装置２８には、ロータリプラグ、３ウェイソレノイドバルブ、またはＭＥＭＳ装置も用いられえるが、シアバルブ（shear valve）またはフラットフェースバルブ技術の応用例が特に適する。よってここで図２、５、６および８を参照して、ロータ・ステータ境界面においてステータフェース４１と対向して滑り接触するコンタクトまたはロータフェース５１を提供するロータ要素５２を持つバルブアセンブリ２７が図示される。ステータフェース４１およびロータフェース５１の間のこの高圧滑り接触は、バルブアセンブリ２７のロータ要素５２が吸引状態または分注状態のいずれにあるかに応じて、試料パス３３（すなわち１次通路４５およびノズル通路５０）のうちのそれぞれおよび対応する吸引アクチュエータ２１または分注アクチュエータ２２の間で、選択的切り替え機能を提供する。
【００３５】
簡単にはロータ要素５２およびステータフェース要素５３の両方は、従来のシアバルブまたはフラットフェースバルブ材料でできており、これらはステータ・ロータ境界面において高圧接触を支持するように構成される。これら材料の典型的なものは、セラミックおよび合成混合物を含み、これらの多くは本来、財産権の対象となっている。ロータ要素５２は、シャフトに回転可能にマウントされ、このシャフトは今度はアクチュエータボディ５４の内部にある減速ギアに接続される。減速ギアはそれから、シアバルブまたはフラットフェースバルブ技術に適応される従来の電気モータ５６のモータシャフト５５に結合される。
【００３６】
図８に最もよく示されるように、バルブアセンブリ２７のロータ要素５２は、複数の間隔が空けられた吸引チャネル５７および分注チャネル５８を提供し、これらはその実質的に平面のロータフェース５１内に溝が切られている。それぞれの吸引チャネル５７およびそれぞれの分注チャネル５８は、細長い形状であり、ロータフェース５１の回転軸４４と交差する放射状の線に概ね沿うように伸びる。さらに吸引チャネル５７および分注チャネル５８は、等しく間隔が設けられ、互いに１つおきに交互になるよう位置付けられる。したがってロータ・ステータの境界（すなわちステータフェース４１およびロータフェース５１の間の高圧滑り接触）においては、ロータ要素５２は、往復運動をするか、または時計回りまたは反時計回りのある向きに回転するかによって、バルブアセンブリを吸引状態または分注状態のいずれかに位置付ける。
【００３７】
吸引状態へとロータ要素５２が回転軸４４の周りに回転するとき、ロータフェース５１内に溝が切られた吸引チャネル５７は、対応する１次通路４５の上部連通口４６およびステータフェース４１の吸引導管３０の第２吸引口３２とアラインするように回転され、それらの間に流体連通パスを提供する（図５、９および１０）。結果として、流体パスが、対応する試料パス３３および対応する吸引アクチュエータ２１の間に吸引チャネル５７によって作られる。これにより、液体試料または試薬の選択的な吸引が、吸引アクチュエータ２１を介して試料リザーバ２３から試料パス３３へとノズル部材を通して可能になる。同時に、吸引状態では、分注導管３５の第２分注口３７は、ロータ要素５２のロータフェース５１において行き止まりにされる。よって分注アクチュエータ２２は、対応する試料パス３３とは流体連通ではなくなる。
【００３８】
その後、図６、１１および１２が示すように、ロータ要素５２は、回転軸４４の周りに分注状態へと選択的に回転されえる。ロータフェース５１にやはり溝が切られた、放射状に伸びる分注チャネル５８は、その結果、対応する上部連通口４６および分注導管３５の第２分注口３７と同一直線上にアラインするよう回転され、それらの間に流体連通パスを提供する。分注チャネル５８は、よって、対応する試料パス３３および対応する分注アクチュエータ２２の間の流体パスを完成し、分注アクチュエータ２２を介してそれぞれの試料パス３３に含まれる流体試料または試薬の選択的分注を可能にする。同様に、分注状態において、分注導管３５の第２吸引口３２は、ロータ要素５２のロータフェース５１で行き止まりにされる。よって吸引アクチュエータ２１は、それらの対応する試料パス３３と流体連通しなくなる。さらに全ての１２個の、または任意の個数の試料パス３３が同時に吸引され、または分注されえることが理解されよう。
【００３９】
したがって本発明のシアバルブおよび分岐管装置構成は、吸引アクチュエータおよび分注アクチュエータの間の正確な切り替え機能を提供する。上記のように、このような切り替え能力は、試料パスから試料液体または試薬を分注するために、高速、正確なインクジェット型分注アクチュエータの潜在能力を完全に利用する点において有益である。さらにシステムのモジュラー並列化によって、さらに拡大する市場のニーズにふさわしい、例えば２４、４８、９６チップの非接触装置群の製造が促進される。
【００４０】
本発明のバルブ機能はフラットフェースまたはシアバルブに特に適応可能であるが、機械、電気または空気圧の手段によって駆動されるソレノイドバルブ、ピンチバルブおよびマイクロマシンバルブのような他のバルブ技術も適することが理解されよう。
【００４１】
さらにそれぞれの分注導管３５は、その対応する第１分注口３６に流体的に結合された独立した分注源２２を含む。図１および２に最もよく示されるように、分注アクチュエータ２２は、好ましくは対応する分注アクチュエータ分岐管装置２８にマウントされる。これら２つの対向する分注アクチュエータ分岐管は、個別の分注アクチュエータを、ユニットとしてステータ分岐管装置２８に分離可能にマウントされた６個のアクチュエータの２つのセットに分け、アラインさせる。それぞれの分注アクチュエータ２２は、吐出（delivery）オリフィス６０を含み、これは分注導管３５の対応する第１分注口３６に流体的に結合される。
【００４２】
好ましい実施形態において、それぞれの分注アクチュエータ２２は、約６．９（１０）３Ｎ／ｍ２から約１３８（１０）３Ｎ／ｍ２の範囲の圧力を用い、約（１０）−６秒から約１０秒の範囲の期間を持つ計量された圧力パルスを典型的には伝達する。好ましくは分注アクチュエータ２２は、ドロップ・オン・デマンド印刷のために設計された従来のインクジェット型の印刷バルブまたはポンプによって提供される。熱式、ソレノイド式および圧電式を含むドロップ・オン・デマンド印刷のためのインクジェット型の印刷バルブ／ポンプは、商業的に入手可能であり、この技術分野でよく知られている。例えば、コネティカット州、エセックスのLee Companyは、ソレノイドによるインクジェットバルブ（型番INKX0502600AB）を製造し、これは本発明とともに用いるのに適する。あるいは従来のシリンジポンプが計量のためと併せて用いられえる。
【００４３】
インクジェット型のドロップ・オン・デマンド印刷技術を本発明の分注アセンブリに組み込むことは、マイクロアレイを印刷する既知のシステムと比べて大きな効果を生む。特に、インクジェット印刷バルブに特有の、独立した短時間の圧力パルスを伝達する能力は、約（１０）−１０から約（１０）−１２リットルの範囲の試薬サンプル容量の非接触で調節可能な吐出を可能にする。圧力パルスが印加されると、試料または試薬液体の少なくとも１つの液滴が分岐管試料パスから対応するノズル部材４８を通して基板表面２６上に射出される。ここで用いられるように「非接触」とは、分注分岐管およびノズルと、ターゲット基板との間の接触が堆積のあいだ存在しないことを言う。典型的にはこれらの設計において流体は、微小に製造されたチャネルを通して、デスクトップおよび産業用プリンタで通常使われるもののようなインクジェット型の印刷ヘッドへと注がれる。
【００４４】
好ましくはこれらインクジェットのドロップ・オン・デマンド分注アクチュエータは、ディジタル的に制御された液圧システム（不図示）に結合される。これらシステムは、分注アクチュエータに印加される液圧の正確な操作を可能にし、それによってシステムのダイナミックレンジを拡張する。さらなる効果としては、粒状性または粘性による試料間の差を補償するために圧力レンジを素早く変更できる能力が挙げられる。
【００４５】
一方、吸引源２１は、対応する第１吸引口３１に管材６１を通して流体的に結合された個別の吸引アクチュエータ２１によって好ましくは提供される。好ましくは不活性プラスチックなどである、約０．２ｍｍから約３．０ｍｍの範囲の内径を持つこれら管材６１も、６ユニットの２つのバンクに分けられ、それぞれはチュービング（tubing）アレイ分岐管６２に結合された遠位端を持つ。代わってこれら対向するチュービングアレイ分岐管６２は、ステータ分岐管装置２８にユニットとしてマウントされる。
【００４６】
吸引導管３０のうちの１つより多いもの、または全てが単一の吸引アクチュエータ２１に流体的に結合されえることが理解されよう。好ましい形態では、吸引アクチュエータ２１は、シリンジ型ポンプまたはダイアフラムポンプのような外部計量装置によって、または吸引導管３０に正圧または負圧を加える圧力源によって提供される。これら吸引装置の典型的なものは、カリフォルニア州、Rohnert ParkのInnovadyne Technologies, Inc.によって提供される型番2009Dである。
【００４７】
本発明の他の局面において、分岐管装置２８は、複数の積層されたプレート部材６３〜６６を備え、これらは全体として協働して試料液体をリザーバから指定された試験サイト２５へバルブアセンブリ２７を介して流す。上述のように分岐管装置２８は、複数の１次通路４５、吸引導管３０および分注導管３５を規定し、これらのそれぞれは、バルブアセンブリ２７と連通するための、ステータフェースにおいて終端する連通口を含む。
【００４８】
これら個々の導管は互いに独立しているので、小さいスケールで製造することは困難である。典型的には、これら流体通路の直径は、約０．００１ｍｍから約１．０ｍｍのオーダーである。さらにこれらの導管および通路は、分注アクチュエータ２２の比較的高い圧力パルスを収容できなければならない。この圧力パルスは、上述のように約６．９（１０）３Ｎ／ｍ２から約１３８（１０）３Ｎ／ｍ２の範囲の圧力を持ち、約（１０）−６秒から約（１０）１秒の範囲の期間を持つ。
【００４９】
プレート部材６３〜６６（図４および１３）は、好ましくは長方形の形状であり、それぞれは、実質的に平面の上面および対向する下面を持つ。より具体的には、分岐管装置２８は、上側表面６７を持つ第１プレート部材６３を含み、この上にステータフェース４１を規定するディスク形ステータフェース要素５３が支持される。第１プレート部材６３の上側表面６７の対向する側の上には、下側表面６８があり、この上に複数の水平に伸びる分注溝７０が形成される。これらの溝は、好ましくは約０．３ｍｍ幅であり、下側表面６８への約１．０ｍｍの深さであるが、これらは特定の応用例に依存して変わる。対応する第１分注口３６は、第１プレート部材６３内へ上側表面６７から下側表面６８へと鉛直に伸び、下側表面でこれは対応する分注溝７０の１つの末端と交差する。同様に、対応する第２分注口３７は、ステータフェース要素５３および第１プレート部材６３内へステータフェース４１から下側表面６８へ鉛直に伸び、下側表面で対応する分注溝７０の対向する末端と交差する。
【００５０】
本発明のこの局面によれば、第２プレート部材６４の実質的に平面な上側表面７１は、第１プレート／第２プレート境界において第１プレート部材６３の下側表面６８に貼り合わされた固定された積層体または拡散体である。したがって拡散接着された第２プレート部材上側表面７１は、第１プレート部材の下側表面６８内へと伸びる分注溝７０を実効的に封止し、対応する分注導管３５を形成する。
【００５１】
分注導管３５の水平部分を形成する溝形成は、第１プレート部材６３の下側表面６８および第２プレート部材６４の上側表面７１の両方によって、またあるいは、第２プレート上側表面だけによって提供されえることが理解されよう。第１分注口３６のアライメントおよび向きは、本発明の真の精神および特徴から逸脱することなく、第１プレート部材の上側表面に沿って複数の位置において位置付けられえることがさらに理解されよう。
【００５２】
同様の技術を応用し、吸引導管３０は、第１プレート／第２プレート境界においても規定されえる。しかし隣接する導管間の充分な間隔を確保し、流体送出の高圧な性質を収容するために、吸引導管３０は、好ましくは、第２プレート部材６４および第３プレート部材６５の間の別個の第２プレート／第３プレート境界において形成される。よって第２プレート部材の下側表面７２は、好ましくは約０．５ｍｍの幅で約０．２５ｍｍの深さである複数の水平に伸びる吸引溝７３（図１３および１４）を好ましくは含む。
【００５３】
対応する第１吸引口３１は、上側表面７１からその下側表面７２へ第２プレート部材６４内へ鉛直に伸び、下側表面においてそれは対応する吸引溝７３の１つの末端と交差する。第２プレート部材は、第１プレート部材６３の外周縁を超えて伸びる、対向するウィング部７５のペアを含むことが理解されよう。簡単にはこれらウィング部７５は、チュービングアレイ分岐管６２のそれへのマウントを担う。しかし第２分注口３７については、これらアラインされた鉛直通路は、ステータフェース要素５３のステータフェース４１から第１プレート部材６３および第２プレート部材６４の両方を通って、その下側表面７２へ伸び、下側表面においてそれは対応する吸引溝７３の対向する末端と交差する。
【００５４】
分注導管３５の形成と同様に、第３プレート部材６５の実質的に平面な上側表面７６は、第２プレート／第３プレート境界において第２プレート部材６４の下側表面７２に固定されて結合される。再び、従来の積層または拡散接着技術を適用し、第３プレート部材上側表面７６は、第２プレート下側表面７２に積層されて、吸引溝７３を実効的に封止し、対応する吸引導管３０を形成する。
【００５５】
図４Ａおよび１３において最もよく見られるように、上側連通口４６の円形パターンは、鉛直にステータ要素５３を通って伸びる。第１プレート部材６３、第２プレート部材６４および第３プレート部材６５はまた、対応する同軸にアラインされた通路要素を含み、分岐管プレート部材が共に積層されるとき、全体として試料パス３３の１次通路４５を形成する。典型的には１次通路４５の横切る断面積は、ステータフェース４１から第３プレート部材６５の下側表面７７にかけて、約０．２ｍｍ２から約０．８ｍｍ２のオーダーである。
【００５６】
第3プレート部材６５の下側表面７7において、上部連通口４６の円形パターンを、マイクロタイタープレート４０および試験サイト２５のリザーバウェル３８のアレイの間隔に適合する下部連通口４７の長方形パターンに再配置させるためには、第４プレート部材６６が必要である。図１０、１２および１３に示されるように、第４プレートの第４上側表面７６は、複数の水平に伸びる再位置決め溝７９を含む。これらの溝７９は、好ましくは約０．５ｍｍ幅で、第４プレート部材６６の上側表面７６へ約０．２５ｍｍの深さである。対応する下部連通口４７は、第４プレート部材６６内へ下側表面８０からその上側表面７８へ鉛直に伸び、上側表面でそれは対応する再位置決め溝７９の１つの末端と交差する。再位置決め溝７９の他の末端は、第３プレート部材６５の下側表面７７において終端する対応する１次通路４５とアラインされる。再び、従来の積層または拡散接着技術を適用し、第４プレート部材上側表面７８は、第３プレート下側表面７７に積層されて、再位置決め溝７９を実効的に封止し、試料パス３３の他の部分を形成する。
【００５７】
上述のように、また図２、５および6に示されるように、１次通路４５のそれぞれの下部連通口４７に流体的に結合されるのは、その中を通って伸びるノズル通路５０を持つ対応するノズル部材４８である。細長いノズル部材４８は、吸引状態で試料または試薬液体を試料パス３３内に吸引するために、ターゲットリザーバウェル３８内に伸びるのに適切に大きさが設定された遠位先端部８１を含む。さらに２×６アレイをなすノズル群は、同時に吸引および分注を行うために、リザーバウェルおよび試験サイト２５のアレイと適合するように間隔を空けられる。これらはまた、１×１２のような他のフォーマットに再配分されえる。
【００５８】
好ましい実施形態においては、ノズル５０の通路の直径は、宝石入り（jeweled）オリフィスのようなオリフィスによってより小さい直径へ急に変わる。この直径変化は、対応する分注アクチュエータ２２によって圧力パルスが伝達されるとき、試料液体が先端から吐出されることを促進するという点で有益である。
【００５９】
図３に示されるように、従来の移動相流体（mobile phase fluid）８５、８６を含むシステム流体（system fluid）リザーバ８２、８３は、駆動流体として吸引アクチュエータ２１および分注アクチュエータ２２に接続される。吸引状態において、バルブアセンブリ２７のロータ要素５２が回転され、対応する吸引チャネル５７を、対応する試料パス３３の１次通路４５の上部連通口４６および吸引導管３０の第２分注口３７にアラインさせるとき、吸引アクチュエータ２１はまず、吸引導管の第１吸引口３１から、対応するノズル部材４８の先端８１の分注オリフィスに至る全体のパスをパージするよう動作される。それからノズル先端が任意で洗浄され、以前の操作からの試料または試薬液体を清潔な移動相流体が置換する。
【００６０】
搬送メカニズム（不図示）はそれから動作されて、ハイブリッドバルブアセンブリ２７をリザーバウェル３８に位置付け、ここで指定されたノズル先端８１がターゲットリザーバウェル内に沈められる。シリンジポンプ２１の１つ以上が動作して試料または試薬液体を、分岐管装置２８内の対応する試料パス３３内に引き込む。よって対応する試料パス３３内に吸引された液体の体積は正確に計量される。
【００６１】
その後、搬送メカニズムは、ハイブリッドバルブアセンブリ２７を試験サイト２５に動かすことができ、同時に電気モータ５６およびドライブトレイン（drive train）５４はロータ要素５２を吸引状態から分注状態へと回転させる。すでに説明したように、ロータフェース５１内の吸引チャネル５７は、１次通路４５の上部連通口４６とは流体的に結合しない状態に動かされ、一方で、ロータフェース５１内の分注チャネル５８は、分注導管３５の第２分注口３７を対応する連通口４６と流体的に結合するよう動かされる。本質的に、吸引状態において、分注導管３５の第２分注口３７は、ロータフェース５１において行き止まりであり、一方で分注状態においては吸引導管３０の第２吸引口３２はロータフェース５１において行き止まりである。
【００６２】
好ましくは実質的に吸引アクチュエータに供給されるものと同様の移動相流体が、ロータフェース５１内の対応する分注チャネル５８に流体的に結合され、選択的に試料液体を対応するノズル先端８１から分注する。したがってクロス汚染は、対応する分注チャネル５８に含まれる移動相流体に最小化される。これにより分注導管３５は、試料または試薬液体の汚染から実質的に解放されることが確実になる。
【００６３】
本発明の代替の実施形態において、ノズル通路５０および対応する１次通路４５は、試料または試薬液体を試料パス３３から分注するのに利用されるだけでありえる。上述の実施形態とは異なり、よってノズル部材４８は、ターゲット液体を試料パス内にソースプレートから吸引するのには利用されない。したがって図１５および１７の実施形態において見れば、ハイブリッドバルブアセンブリは、試料パス３３をノズル部材４８以外によって装填し、一方で、吸引状態において試料パスの分注アクチュエータからの分離を維持し（図１５および１７）、分注状態において試料パスの吸引アクチュエータからの分離を維持する（図１６および１８）。
【００６４】
簡単にはこの構成の分岐管ボディは、大きくは８７で参照され、ステータフェース４１において終端する上部連通開口８８、およびソースリザーバ２３と流体連通する対向する端部を持つ、ソース導管を含む。さらに図１５、１７および１９で最もよく見られるように、バルブボディつまりロータ要素５２の接触面つまりロータフェース５１は、試料チャネル９０を含み、これは吸引状態において吸引導管３０の２次吸引口３２を、ソース導管８７の上部連通開口８８に流体的に結合する。
【００６５】
したがって吸引状態では、吸引アクチュエータ２１は、ロータフェース５１内に形成された試料チャネル９０を通してソースリザーバに流体的に結合される。吸引アクチュエータがアクティベートされると、試薬または試料液体は、分岐管ボディ２８内のソース導管８７によって試料パス３３内に引き込まれえる。分注アクチュエータ２２を試料パス３３から分離するために、分注導管３５の対応する第２分注口３７は、ロータフェース５１において行き止まりであり、よって試料パスとは流体連通にならない（図１７）。
【００６６】
いったん試薬または試料液体が吸引アクチュエータ２１を介して試料パス３３内に吸引されると、バルブアセンブリ２７は、図１６の分注位置に動かされえる。好ましい形態において、バルブアセンブリのロータ要素５２は、吸引状態から分注状態へと移行するために回転軸４４の周りに回転される。試薬または試料液体を含む試料チャネル９０は、分注導管３５の第２分注口３７および１次通路４５の上部連通口４６と互いにアラインされ、流体連通状態にされる。よって分注アクチュエータ２２は、試料パス３３と流体的に結合され、ノズル部材４８から試薬または試料液体を流体的に分注する。さらに吸引アクチュエータ２１を試料パス３３から分離するために、吸引導管３０の対応する吸引口３２は、ロータフェース５１において行き止まりであり、よって試料パスとは流体連通ではない状態にされる（図１８）。
【００６７】
この実施形態においては、試料パス３３の分注体積は、試料チャネル９０のそれと実質的に同じであることが理解されよう。ロータ要素５２が分注状態に回転する（図１６および１８）とき、試料チャネル９０に含まれる試料または試薬液体だけが分注アクチュエータに流体的にアクセス可能である。しかし試料チャネル９０の全体体積よりも小さい体積の量が分注アクチュエータ２２の精密な操作を通して分注されえることが理解されよう。
【００６８】
図１９において最もよく見られるように、それぞれの試料チャネル９０は、ロータ要素５２の実質的に平面なロータフェース５１内に溝が切られている。さらにそれぞれの等間隔に配置された試料チャネル９０は、細長い形状しており、ロータフェース５１の回転軸４４に交差する放射状の線に概ね沿って伸びる。したがってロータ・ステータ境界（すなわちステータフェース４１およびロータフェース５１の間の高圧滑り接触）において、ロータ要素５２は、往復運動し、または時計回りまたは反時計回りの一方向に回転し、バルブアセンブリを吸引状態または分注状態に方向付ける。
【００６９】
これら試料チャネル９０は、好ましくは約１．０ｍｍから約６．０ｍｍの範囲の長さを持ち、約０．３ｍｍ２から約１ｍｍ２の横断断面積を持つ。したがって試料チャネル９０の体積容量は、好ましくは約０．５μｌから約２．０μｌの範囲にある。対照的に、１次通路４５および出口のノズル通路５０は、好ましくは約０．１μｌから約２．０μｌの範囲の体積を持つ。
【００７０】
吸引動作をノズル部材４８から分離することにはいくつかの機能的な効果がある。１つの効果として、試料の全体積が試料チャネル９０内に含まれることがある。使用されない試料または試薬は、分注中（図１８）ソースパス２３を介してソースに戻されえ、これは試料および試薬の無駄になる体積を大きく低減する。さらなる効果としては、ノズル部材４８が長さを大きく短縮されえ、分注パスおよび分注前のパスを短くできることである。
【００７１】
この設計のさらなる効果は、ソースリザーバアレイの間隔および順序がターゲット試験サイトのそれと一致する必要がないことである。すなわちノズル部材４８は、吸引および分注機能の両方については利用されないので、ソース導管８７に流体的に結合された吸引インレット（不図示）はある間隔および順序（例えば９６ウェルフォーマット）に設定されえ、一方でノズル部材４８は異なる間隔および順序（例えば１５３６ウェルフォーマット）に設定されえる。したがって吸引の融通性が大きく増す。例えば個々の陽性試料（positive samples）をあるデスティネーションプレートへ、ソースプレート内の複数の陽性および陰性試料から再フォーマットする応用例のようないくつかの応用例では、吸引チップの個別の操作が必要となる。
【００７２】
この設計のさらに他の効果において、吸引側における吸引およびソース導管３０、８７の横断断面積が、分注側における分岐管装置２８の分注導管３５および１次通路４５およびノズル部材４８のノズル通路５０と異なりえる。例えば、試料チャネルへの急速な試料吸引を促進するためには大きな口径の吸引導管３０およびソース導管８７を提供することが望ましい。対照的に、より小さい個別体積の吐出を促進するためにはノズル通路５０についてより小さい口径を提供することが望ましい。そうでなければ、分注ノズルの流れを制限するために前の実施形態においてより小さい口径が用いられるときには、効率的な吸引については妥協されることになる。
【００７３】
最後に、吸引インレットとして許される、より大きい断面積寸法を採用すれば、フィルタリング装置を含ませることもできる。例えばインレット側にフィルタを組み込ませることによって、小さな口径のノズルをふつう詰まらせたり、使い物にならなくさせたりする、試薬または試料液体中の小さな粒子が除去されえる。このようなフィルタは、交換可能であったり、頻繁に詰まることなく粒子をフィルタリングするための大きな表面領域を含みえたりする。典型的なこのようなフィルタリング装置は、固相抽出または液体クロマトグラフィ装置でよく用いられるフリット（frits）を含む。
【００７４】
図１５および１６に戻り、本発明のこの実施形態は、ステータフェース４１において終端する上部中央フラッシュ口（flush port）９２、およびフラッシュ源９３と流体連通する反対側末端を持つフラッシュ通路９１を分岐管装置２８中にさらに含みえる。中央フラッシュ口９２は、ロータフェース５１中に溝が切られたフラッシュチャネル９５と連続的に流体連通するようロータ要素５２の回転軸４４と実質的に同軸にアラインされる（図１９）。
【００７５】
図１５および１７の吸引状態において、ロータ要素５２内のこのフラッシュチャネル９５は、フラッシュ通路９１のフラッシュ口９２を対応する１次通路４５の上部連通口４６に流体的に結合する。よって試薬または試料液体が対応する試料パス３３に吸引されるあいだ、同時に１次通路４５およびノズル通路５０は、洗浄液源９３からの洗浄液体などで洗われ、つまり洗浄されえる。対照的に、ロータ要素が図１６および１８の分注状態へ回転されるとき、ロータフェース内に溝が切られたフラッシュチャネル９５は、フラッシュ通路９１のフラッシュ口９２をソース導管８７の上部連通開口８８に流体的に結合する。したがって試薬または試料液体が試料パス３３から対応するノズル部材４８を通って分注されているとき、未使用の試料または試薬はソースリザーバ２３に戻され、吸引パスは洗浄されえる。
【００７６】
好ましくはフラッシュチャネル９５は、複数の等しく間隔が空けられた細長いスロット群によって提供され、これらはロータフェース５１の回転軸４４と交差する放射状の線に概ね沿って伸びる。これらの放射状に伸びるフラッシュチャネルは、回転軸４４において交差し、フラッシュチャネルが連続的に中央フラッシュ口９２と流体連通する。図２０に示されるように、１次通路４５の上部連通口４６およびソース導管８７の上部連通開口８８は、回転軸４４について交互に間隔が空けられる。したがって吸引状態（図１５および１７）および分注状態（図１６および１８）の間のロータ要素５２のそれぞれの回転運動は、ノズル通路５０とソース導管８７との流体連通を交互に切り替える。
【００７７】
したがってロータ・ステータ境界（すなわちステータフェース４１およびロータフェース５１の間の高圧滑り接触）において、ロータ要素５２は、往復運動し、または時計回りまたは反時計回りの一方向に回転し、バルブアセンブリを吸引状態または分注状態に方向付ける。
【００７８】
本発明の他の局面において、図２１〜２４に最もよく見られるように、大きく１００で参照される取り外し可能な２次液体分注モジュールつまり周辺機器が提供され、１つ以上のマイクロバイオロジのプロシージャの実行を提供または可能にするよう構成される既存の自動化された液体ハンドリングシステム１０１（図２３）と共に用いられる。自動化された液体ハンドリングシステム１０１は、複数の個別ワークステーション１０３を持つワークエリア１０２を規定する。ワークステーション１０３のそれぞれは、実験器具サイト１０５およびそれぞれの実験器具サイト１０５において試料キャリア１０７のアラインされた受け入れおよび取り外しを可能にするアライメント構造１０６を提供する。好ましくは標準化されたマイクロタイターまたはマイクロウェルプレート１０７によって提供されるそれぞれの試料キャリア１０７は、試料の試料分析または他の種類の分子生物学プロシージャのために複数の試験または試料サイト１０８をその中に提供する。自動化された液体ハンドリングシステム１０１はさらに、プレート位置付けメカニズム１１０（図２３）および１次液体分注装置１１１（図２１）を含む。プレート位置付けメカニズムは、マイクロタイタープレート１０７を、そのそれぞれのワークステーション１０３の実験器具サイト１０５へ、およびそれらから移動および位置付けを行い、そのそれぞれのキャリアアライメント構造１０６と係合するよう構成される。１次液体分注装置１１１は、約１マイクロリットルから約１０ミリリットルの範囲の個別の量の液体を、それぞれのワークステーション１０３のそれぞれのアライメント構造内に保持されたマイクロタイタープレート１０７の試験サイト１０８内に選択的に接触型で分注するために構成される。
【００７９】
本発明によれば、取り外し可能な２次液体分注周辺機器１００は、１つ以上の個別ワークステーション１０３のフットプリント内に実質的に配置され、つまりその中に収まるような寸法のシャシつまり基台部材１１２、およびワークステーション１０３中で基台部材１１２を取り外し可能に保持するよう構成されたマウントハードウェア１１３を含む。支持プラットフォーム１１５は、基台部材１１２に固定され、マイクロタイタープレート１０７を支持するように構成される。アライメントメカニズム１１６は、自動化液体ハンドリングシステム１０１のロボットプレート位置付けメカニズム１１０によって、プレート・プレート１０７をその中に取り外し可能にアラインし、位置付ける。支持プラットフォーム１１５およびアライメントメカニズム１１６は、プレート・プレート１０７をその中で確実に受け入れるのに適した周辺実験器具サイト１１７を協働して形成し提供する。２次液体分注周辺機器１００はさらに、大きく１１８で参照される２次液体分注装置を含み、これは１次液体分注装置１１１とは動作上、独立している。２次分注装置１１８はさらに、約１ナノリットルから約１０マイクロリットルの範囲の個別の量の液体を、周辺実験器具サイト１１７内に位置するプレートプレート１０７の試験サイト１０８に選択的に非接触型で分注するように構成される。
【００８０】
したがって、本発明の取り外し可能かつ２次液体分注周辺機器１００は、マイクロリットル未満の液体分注を正確に実行できない既存の従来の液体ハンドリングシステムの１つ以上のワークステーション１０３のフットプリントに、かつその範囲内に取り外し可能にマウントされえる。よって自給式２次液体分注周辺機器１００を追加することによって、試料または試薬液体の、それが配置される自動化液体ハンドリングシステムが不可能である、試料キャリア試験サイトへの、マイクロリットル未満の体積におけるより正確な液体送出が可能になる。よって、これら現在の液体ハンドリングシステムの柔軟性および液体送出は、マイクロリットル未満の体積において大きく正確に改良される。これはこんどは、これらの既存の自動液体ハンドリングシステムが、上述のマイクロリットル未満のマイクロバイオロジプロシージャを実行できるようにするとともに、一方で、１次液体分注装置を通して増量された液体分注の能力を維持できる。しかし、これら既存の１次液体分注システムが設計されていない約１ナノリットルから約１０マイクロリットルの範囲のより小さい個別の量の液体を分注することが望ましいときは、本発明のより精密で正確な２次液体ハンドリングシステムが利用されえる。
【００８１】
図２１および２３を次に参照し本発明によれば、自動化液体ハンドリングシステム１０１は、ワークエリア１０２付近に配置されたフレームアセンブリ１２０を持つように示される。ワークエリア１０２は、好ましくは、複数のワークステーションを提供し、それぞれはアレイ中にアラインされた実験器具サイト１０５を含む。これらの実験器具サイト１０５は、ワークエリア内の個別の位置または配置でアラインされ位置付けられ、正確な液体ハンドリングプロシージャが、試料キャリア１０７の試験サイト１０８内に含まれた試料上に実行される。このようなプロシージャは、例として、ハイスループットスクリーニング（ＨＴＳ）を含みえる。
【００８２】
簡単には、これらの試料キャリア１０７は、アレイ中にアラインされた複数の試験サイト１０８を含み、１つ以上の試料が任意の時刻おいて処理される。これらマイクロタイターまたはマイクロウェルプレート（ここでは同義として用いられる）は一般にこれら試料分析プロトコルに応用され、分注される液体を含む、均一に間隔が設けられた凹みまたはウェル（すなわち試験サイト１０８）を規定するプラスチック板によって典型的には提供される。これら商業的に入手可能な長方形プレートは典型的には、図３に示されるプレート４０のような、業界標準である９６マイクロウェルプレートを提供する１２個のマイクロウェルを８列含む。他の従来のサイズは、３８４マイクロウェルを提供する２４個のマイクロウェルを１６列含む。
【００８３】
さらに本発明は、これら自動化液体ハンドリングシステムの分注解像度を、１５３６マイクロウェルを提供する２４個のマイクロウェルを１６列のものに拡張することが可能である。特に、自動化された液体ハンドリングシステムの多くの位置付け装置は、１５３６ウェルプレート上の全ての位置に動くことができるわけではない。このような場合、自動化液体ハンドリングシステムは、「グリッディングヘッド」（表面張力によって試料を搬送する１５３６個のピンを持つヘッド）のような試料搬送装置に適合されえ、それから試薬を加えるために２次液体ハンドリングシステム周辺機器を応用しえる。すなわち２次液体ハンドリング周辺機器は一般に、１次液体ハンドラよりもずっと良い位置解像度を提供する。この他の利点は、もし複数のロボットでインタフェースされた１次システムが用いられ、それらのうちの１つが１５３６のものが可能なら、その器具上で処理される実験器具（プレート）は、我々の装置を持つシステムに搬送され、さらなる処理がなされえることである。
【００８４】
本発明によれば、実験器具サイト１０５は、好ましくは、統一的なスクリーニング標準に適合することで、操作を簡単化し、他のスクリーニングプロシージャと適合した融通性および統一性を図る。特に実験器具サイトの１つ以上は、ＨＴＳによく適用されるSociety of Bimolecular Screening（SBS）標準のマイクロタイタープレート実験器具サイトに適合する。よって、そのマイクロタイタープレート１０７の取り外しおよび固定を可能にするそれぞれの実験器具サイト１０５のアライメント構造１０６もSociety of Bimolecular Screening標準のマイクロタイター・プレート実験器具サイトのそれに適合する。
【００８５】
図２３で最もよく見られるように、ワークエリア１０２内に収められたワークステーション１０３の１つ以上は、実験器具物（例えばマイクロタイタープレート１０７または実験器具周辺機器１００）を支持するための支持台１２１を含む。ワークステーションのそれぞれの実験器具サイト１０５内の実験器具物を固定したりアラインさせたりするために、アライン構造１０６が、支持台１２１と協働するよう提供される。例として、ＳＢＳ標準のマイクロタイタープレート実験器具サイトのアタッチメントについて、アライメント構造は、それぞれの実験器具サイト１０５内のプレートをアラインおよび位置付けするためにそこに置かれたマイクロタイタープレート１０７（不図示）に接触および係合する複数の戦略的に配置された円錐形ロケータ１２２を含みえる。これらの円錐形ロケータ１２２は、ステンレス鋼のような好ましくは実質的に硬質で金属材料からできている。よって位置決めメカニズム１１０が鉛直にグリップされたマイクロタイタープレート１０７を下げるとき、後述のように、戦略的に配置された円錐形ロケータ１２２は、実験器具サイト１０５内のプレートを位置付けアラインさせる。他のアライメント構成において、円錐形ロケータは、プレートの固定およびアライメントをより確実に行うために、移動可能であり、内側に向けてバイアスが設けられている。
【００８６】
それぞれの実験器具サイトにおいて取り外し可能にアライメント構造１０６に係合するものとしてマイクロタイタープレート１０７だけが説明されてきたが、他の実験器具または周辺構造もそれに取り外し可能にマウントされえることが理解されよう。例として、これには、以下に詳述されるように、本発明の２次液体ハンドリングシステムと共に、ミキサー、シェーカー、恒温器、遠心分離器、試験管ラック、および大型試薬リザーバが含まれる。
【００８７】
図２１および２３の自動化液体ハンドリングシステムはさらに、そのフレームアセンブリ１２０に移動可能にマウントされた汎用位置決めメカニズム１１０を含む。位置決めメカニズム１１０は、実験器具物をそれぞれの実験器具サイト１０５に、およびそれらから移動および位置決めし、それぞれのワークステーション１０３のそれぞれのキャリアアライメント構造１０６に係合状態になり、または係合状態からはずれるよう構成される。特にこれら好ましくはロボットで位置決めするメカニズム１１０は、３軸Ｘ−Ｙ−Ｚデカルト座標系を採用し、実験プロシージャが実行されるよう、正確に実験器具物（すなわちマイクロタイタープレート１０７）を実験器具サイトの個別の位置に移動および位置決めさせる。
【００８８】
ある具体的な構成において、位置決めメカニズム１１０は、そのＸ軸方向に沿って並列の動き（tandem movement）のためにレールシステム１２５などを通してフレームアセンブリ１２０に移動可能にマウントされた（図２３）間隔が空けられ反転されたＬ字形ロボットアーム１２３、１２３’のペアを含む。例えばレールシステムは、Ｘ軸に沿ってロボットアーム１２３、１２３’を選択的に自動的にまたは手動で変位させるためのステッピングモータに結合された親ネジ、またはリニアアクチュエータ（共に不図示）を含みえる。他の従来の技術がもちろん用いられてもよい。
【００８９】
図２３はさらに、Ｙ軸方向に沿って変位させるための、間隔を置かれたロボットアーム１２３、１２３’の間に配置された位置決めヘッド装置１２６を位置決めメカニズム１１０が含むことを示す。位置決めヘッド装置１２６は、間隔が置かれたＬ字形ロボットアーム１２３、１２３’にトラックシステム１２８を介して移動可能に結合された基台部分１２７を含む。この構成は、ワークステーションのアライメントのために選択的に直線的に位置決めヘッドをＹ軸方向に沿って変位させることを可能にする。
【００９０】
最後に位置決めヘッド装置１２６は、ワークステーションの実験器具サイト１０５への移動および位置決めを行い、かつそれらからの移動および再位置決めを行う実験器具物を把持および操作するように構成されたグリッピングヘッド１３０を含む。グリッピングヘッド１３０は、マイクロタイタープレート１０７のような実験器具物を把持および操作するための従来の把持構造を含む。
【００９１】
このグリッピングヘッド１３０は、Ｚ軸に沿って選択的にそれを移動させるために支持台１２１に移動可能にマウントされる（図２３）。この機械的動きは、例えば、伸縮、回転または直線運動制御メカニズムを提供しえる。この動きは、把持された実験器具物が、複数のSociety of Bimolecular Screening（SBS）標準のマイクロタイタープレート実験器具サイトのうちの任意のもののそれぞれのアライメント構造１０６に向かって近づいて、またはそれから離れて鉛直に移動されることを可能にする。
【００９２】
したがって位置決めメカニズム１１０のＸ、ＹおよびＺ変位成分の全体的な協働により、把持されたマイクロタイタープレート１０７の正確な配置および位置付けがワークエリア内ならどこにおいてでも可能となる。さらに位置決めメカニズム１１０のそれぞれの要素の制御された動きは、従来のレールおよびトラックシステム、ステッピングモータおよび他の従来の機械的位置決め装置について説明されてきたが、他の変化形として、これらには限定されないが、リニアモーション制御システム、サーボ制御システム、および空気圧移動制御システムなどが含まれる。
【００９３】
これら自動化液体ハンドリングシステムの１次液体送出を提供するために、１次液体分注装置１１１が組み込まれる（図２１）。上述のように、これらの既存の流体送出装置は、典型的には液体送出を接触型液体送出ノズル（不図示）を通して、約１マイクロリットルより大きい体積について行う。これらノズルは、マイクロタイタープレートの試験サイトのそれと同様に間隔が設けられたアレイ内に一般にアラインされ、位置決め装置によって位置決めメカニズム１１０（すなわち把持ヘッド１３０、位置決めヘッド１２６およびＬ字形ロボットアーム１２３、１２３’）のＸ、ＹおよびＺ変位成分と同様の動きで搬送される。これにより接触型液体送出ノズルは、マイクロタイタープレートの選択されたウェル内に直接に接触型液体送出を行うために位置付けされることが可能になる。
【００９４】
さらに、このようなマイクロリットルからミリリットルの液体分注パフォーマンスを提供するこのような実験室ワークステーションの典型的なものには、例えば、図２３に示されるネバダ州、RenoのHamilton CompanyによるHamilton MicroLab 4200液体ハンドリング装置、共にカリフォルニア州、FullertonのBeckman Coulter, Inc.によるBIOMEK（登録商標）FX Liquid Handling Workstation、BIOMEK（登録商標）2000 Workstationがある。簡単には、図示され上述のように、これら自動化液体ハンドリングシステムは、マイクロタイタープレート１０７のハンドリング、その位置決め、およびその液体分注を行うフレームアセンブリ１２０、位置決めメカニズム１１０および１次液体分注装置１１１を含む。複数のワークステーション１０３は、ワークエリア内に収められたアレイにアラインされ、位置決めメカニズム１１０および１次液体分注装置によってアクセス可能である。この実施形態においては、それぞれのワークステーション１０３および対応するアライメントメカニズムは、Society of Bimolecular Screening標準のマイクロタイタープレート実験器具サイトの汎用的な装着方法に適合する。
【００９５】
本発明によれば、２次液体分注周辺機器またはモジュール１００は、１次液体分注装置１１１と同時に動作可能に機能する自動化液体ハンドリングシステムシステム１０１のワークエリア内への取り付けのために提供される。この２次液体分注周辺機器１００は、１つ以上のワークステーション１０３にマウント可能で（図２３）、約１ナノリットルから約１０マイクロリットルの範囲の正確な非接触液体送出を提供する。よって、上述のように約１マイクロリットルから約１０ミリリットルの範囲の液体を送出する１次液体分注装置１１１の接触型液体分注能力と併せて、自動化液体ハンドリングシステムの融通性および能力は大きく増す。液体分注のマイクロリットル未満の範囲の正確な液体送出を可能にすることによって、これらの既存の液体ハンドリングシステムではもともとは可能でなかったマイクロバイオロジーの実験プロシージャおよび分析のための正確な液体分注が提供される。
【００９６】
２次液体分注周辺機器１００それ自身は、試料キャリア１０７をその中に受け入れることを可能にする標準化された実験器具サイト１０５をそれに含む。より具体的には、周辺実験器具サイトは、マイクロタイタープレート実験器具サイトのSociety of Bimolecular Screening標準に適合するので、これら標準化されたマイクロタイタープレートは、自動化液体ハンドリングシステムの位置決めメカニズム１１０から直接に位置付けられ、取り外され、アラインされ、かつそこに固定されえる。さらに２次液体分注周辺機器１００は、１次液体ハンドリングユニットからは動作の点で独立した自給式液体分注ユニットである。したがって、２次液体ハンドリングシステムがワークエリア１０２内のワークステーション１０３のうちの１つにマウントされるとき、１次液体ハンドリング装置および２次液体ハンドリング装置は、互いに干渉することなく同時に独立に動作しえる。
【００９７】
２次液体ハンドリング周辺機器１００がここで詳述される。次は図２１、２２、２５および２６を参照し、自給式２次液体分注周辺機器１００は、非接触液体送出を複数の分注ノズル１３２を通して制御する液体制御要素１３１（図２５）、１つのユニットとして選択的にノズル１３２を位置付けて周辺に位置付けられたマイクロタイタープレート１０７の試験サイト１０８に試薬または試料液体を分注する移動制御要素１３３（図２６）、および２つの要素のスタンドアローンの、または遠隔制御のための操作インタフェース要素１３５（図２６）を含むように示される。
【００９８】
図２６〜２８で最もよく見られるように動き制御要素１３３は、それぞれのワークステーション１０３の実験器具サイト１０５に取り外し可能にマウント可能な基台部材１１２を含む。上に示されたように、特に、基台部材１１２は、ＳＢＳ標準マイクロタイタープレート実験器具サイトに装着できるよう構成されるマウント用ハードウェア１１３（図２７）を含む。ある構成において、例えば図２１および２８に示されるように、マウント用ハードウェア１１３は、基台部材１１２の底部の角に配置された間隔の設けられたマウント用ポスト１３６によって提供される。これらポスト１３６は、２次液体分注周辺機器１００を実験器具サイトに取り外し可能に固定するために、それぞれのワークステーションアライメント構造１０６（ＳＢＳ標準に適合）の対応するスロット１１４にアラインされ、滑り受け入れられる。
【００９９】
本発明によれば、基台部材１１２そのものは、支持プラットフォーム１１５の上に配置されたＳＢＳ標準マイクロタイタープレート実験器具サイト１１７を規定する。この標準化された周辺実験器具サイト１１７および支持プラットフォーム１１５は、基台部材１１２のマウント用ハードウェア１１３がそれぞれのワークステーション１０３の関連付けられたアライメント構造１０６に係合するとき、支持プラットフォーム１１５の上の周辺実験器具サイト１１７が自動化液体ハンドリングシステム１０１の位置決めメカニズム１１０によってアクセス可能であるように、戦略的に配置される。これにより、周辺実験器具サイト１１７へ試料キャリア１０７を位置付けたり、それから試料キャリア１０７を取り外したりするために、位置決めメカニズム１１０および２次液体分注周辺機器の間の協働が可能になる。
【０１００】
他の実施形態において、基台部材は、アライメント構造１１６をそれぞれのワークステーション実験器具サイト１０５の座標系のそばに位置付けるよう、ワークステーション１０３の支持プラットフォームの上に単に配置されえる。周辺実験器具サイト１１７に配置されたマイクロタイタープレートの正確な位置を決定するために、ロボットの位置付けメカニズムがそれから利用される。
【０１０１】
図２６〜２９に最もよく示されるように、２次液体分注周辺機器１００のＳＢＳ標準化されたアライメント構造１１６は、周辺実験器具サイト１１７の試料キャリア受け入れ領域１４０（図２９）を戦略的に囲む複数の立ち上がった円錐ロケータ１３８を含む。図示された具体的な実施形態においては、少なくとも２つの、間隔が空けられた円錐ロケータ１３８が、従来の長方形ＳＢＳ標準マイクロタイタープレート１０７の４つの側壁１４１のそれぞれについて設けられる。
【０１０２】
よってマイクロタイタープレート１０７を、周辺実験器具サイト１１７の受け入れ領域１４０に装填するために、自動化液体ハンドリングシステム１０１の位置決めメカニズム１１０は、従来のＳＢＳ標準マイクロタイタープレート実験器具サイトアタッチメントに使用される送出技術と同様に、把持されたプレート１０７を受け入れ領域１４０の上で鉛直に位置付ける。位置付けメカニズムの把持ヘッド１３０が把持されたマイクロタイタープレート１０７を周辺実験器具サイト１１７の受け入れ領域１４０へ下げると、マイクロタイタープレート１０７の側壁１４１はロケータ１３８に接触および係合する。これらの実質的に堅いロケータ１３８の円錐形状は、マイクロタイタープレート１０７を受け入れ領域内でアライメントするように押し付けるよう機能する。他のアライメント構成において、円錐形状ロケータは、プレートの固定およびアライメントのために移動可能または内側にバイアスが付けられてもよい。
【０１０３】
次に図２６〜２８を参照し、動き制御要素１３３は、個別のマイクロリットル未満の量の液体をターゲット試験サイト１０８に分注するために、マウントされたマイクロタイタープレートの上での選択的位置付けのための複数の非接触分注ノズル１３２を搭載する液体分注ヘッド１４２を含むように示される。簡単にはこれらの間隔が空けられた分注ノズル１３２は、ハイブリッドバルブ装置２０に直接にマウントされた上述のものと同様に、精密体積の非接触液体分注のための遠位分注端１４３、およびマイクロタイタープレート１０７の周囲でのノズルの動きを可能にするのに充分な可撓性チュービング１４５（図２２）に流体的に結合された反対端を含む。さらに可撓性チュービング１４５の反対端は、以下に詳述される液体制御要素１３１に流体的に結合される。
【０１０４】
分注ノズル１３２のアレイの選択的で精密な位置付けのために、マイクロタイタープレート１０７のターゲット試験サイト１０８の上で分注ヘッド１４２を鉛直に動かすために、動き制御要素１３３は好ましくは従来の３軸Ｘ−Ｙ−Ｚデカルト座標系を採用する。例えば精密トラックまたはレールシステム１４６を応用して、制御ポスト１４７は、Ｙ軸に沿った漸増変位のために基台部材１１２に移動可能にマウントされる（図２６）。それから分注ヘッド１４２は、制御ポスト１４７にＺ軸に沿って鉛直に変位されえ、さらにＸ軸に沿って伸長または短縮されえるアーム部１４８を通して移動可能にマウントされる。遮蔽つまりカバー１４９が制御ポスト１４７の周りに保護のために配置される（図２７および２８）。分注ヘッド１４２のアーム部１４８は、複数の分注ノズル１３２をマイクロタイタープレート１０７の上で鉛直に支持する支持ブラケット１５０を含む。ある特定の実施形態において、分注ヘッドは、マイクロタイタープレート１０７のウェルまたは試験サイト１０８の間隔に適合する距離だけ等しい間隔が空けられた分注端１４３を持つリニアアレイにアラインされた８個の分注ノズルを提供する。
【０１０５】
Ｘ軸変位のための精密トラックまたはレールシステム１４６は、親ネジおよび精密ステッピングモータ構成を制御ポスト１４７および基台部材１１２の間に好ましくは含む。対照的に、Ｙ軸およびＺ軸精密変位のための精密トラックまたはレールシステム１５１（図２６）は、従来のリニアアクチュエータによって好ましくは提供される。もちろん、Ｘ、ＹまたはＺ軸変位のうちの任意のものは、これらに限定されないが、直線運動制御システム、サーボ制御システム、および空気圧運動制御システムを含む任意の従来の直線変位技術によって提供されえることが理解されよう。あるいは運動制御は、ＳＢＳ標準実験器具サイト１１７を、非接触分注が実行される位置に動かしてもよい。
【０１０６】
したがって、マルチチャネル分注ヘッド１４２は、３軸Ｘ−Ｙ−Ｚデカルト座標系の「ピックアンドプレイス」動きプラットフォーム上に実質的にマウントされて提供される。精密トラックまたはレール装置、ステッピングモータなどを通して、および３軸動き制御要素１３３を通して、分注ヘッドの動き制御は、Ｘ、Ｙ、およびＺ軸に沿って独立に実行されえる。例として、Ｚ軸の変位は、このような非接触液体分注のために、分注ノズルの分注端１４３をマイクロタイタープレート１０７の試験サイト１０８により近く、またはそれからより遠く位置付ける。同様に、分注ヘッドのＸ軸およびＹ軸変位は、分注ノズルの任意のものが、マイクロタイタープレート１０７の任意のロウまたはカラムの試験サイトの任意のものとアラインされることを可能にする。
【０１０７】
図２７〜２９を次に参照して、試薬コンテナ１５２および１５２’のペアが、周辺実験器具サイト１１７に近接して支持プラットフォーム１１５の上に提供される。これらの試薬コンテナ１５２および１５２’は、上述のように吸引プロシージャつまり状態のあいだ、試料または試薬の液体リザーバを提供するために試薬液体をその中に蓄えるよう構成される細長いウェルであり、液体制御要素の説明とともに以下に説明される。図２７および２９において最もよく見られるように、細長い試薬ウェル１５２および１５２’は、液体制御要素への吸引のあいだ、分注ノズルの分注端１４３（先端）をウェルの中に同時に沈下できるよう形成される。２つの近接する試薬コンテナは、同時に沈下させるために２つの異なる試薬を用いることを可能にする。あるいはそれぞれのコンテナは、複数の試薬リザーバを可能にするために、さまざまな構成においてコンパートメントに区切られえる（不図示）。
【０１０８】
動き制御要素１３３はさらに、分注ノズルの分注端１４３を洗浄して濯ぐために、および／またはノズルおよび可撓性チュービング内に含まれる余った試薬または試料液体を廃棄するために、洗浄ステーション１５３を試薬コンテナ１５２に近接して含む。試薬コンテナ１５２、１５２’と同様、洗浄ステーション１５３は、洗浄液体をその中に含むよう構成された細長いウェルによって提供され、分注ノズルの分注端１４３（先端）を同時に洗浄液体に浸すことを可能にするよう大きさが決められる。洗浄または液体廃棄プロシージャのあいだ、分注ヘッドが図２７〜２９に示される「駐機」または「洗浄ホーム」位置に移動されるとき、チュービングおよびノズルに含まれる試薬または試料液体は、洗浄ステーション１５３のウェルの中に洗い流される。ノズル先端がウェル中の洗浄液体に浸され、試薬液体がノズルからパージされるあいだ、先端を通り過ぎる流れは、先端の外側を洗浄するよう機能する。洗浄ステーション１５３は、洗浄、リンス、または廃棄された液体を流し出すためのドレイン口１５５をウェルの底部において含む。
【０１０９】
次に液体制御要素１３１を参照して（図２２および２５）、システムへの全ての液体吸引および非接触分注ノズル１３２からの全てのマイクロリットル未満の液体分注が制御される。図２２は、液体制御要素１３１が簡単には、液体吸引（入力）サブシステム１５６、液体分注（出力）サブシステム１５７、それらの間に結合された液体切り替えサブシステム１６２、分注バルブ１６１、分注ノズル１３２に流体的に結合された継ぎ手および可撓性チュービング１４５を含むことを示す。全体としてこの構成は、マイクロリットル未満の液体の精密な量を非接触分注ノズルから、約１ナノリットルから約１０マイクロリットルの範囲で送出する。
【０１１０】
一般に本発明の液体制御要素１３１は、２つのタイプの液体計量要素を含む。すなわち圧力システムおよび切り替えバルブである。第１計量要素は、液体のシステムへの（分注ノズルの分注端１４３への）入力を計量し、一方で、第２のタイプ計量は、分注ノズルからの液体出力つまり分注を制御する。入力サブシステムつまり液体吸引サブシステムは一般に、試薬コンテナ中に含まれる試薬液体中に分注端が浸されるときのように、ソース液体に接触するよう位置付けられるときに、液体の１マイクロリットルよりも大きい体積の液体を、分注ノズルの分注端１４３に吸引するマクロ体積システムである。もちろん、試料液体も吸引されえることが理解されよう。分注サブシステム１５７は一方、分注ノズルの分注端１４３からの液体の１マイクロリットルより少ない（すなわちサブ・マイクロリットルの）液体を、デスティネーション基板と接触せずに分注するよう設計される。
【０１１１】
ある具体的な構成において、液体吸引（入力）サブシステム１５６は、１つ以上のシリンジドライブ１５８によって提供され、一方、液体分注（出力）サブシステム１５７は、圧力サブシステム１６０および１つ以上のインクジェットソレノイドバルブ１６１によって提供される。液体吸引サブシステム１５６および液体分注サブシステム１５７を分注ノズルを通して流体的に結合するために、それぞれのサブシステムのためのそれぞれの流体チャネルは、吸引状態および分注状態の間で切り替えを行う流体切り替えサブシステム１６２を通して接続される。好ましくは流体切り替えサブシステム１６２は、複数のパス、ハイブリッドバルブ装置２０および上述のように回転シアフェースバルブ／ハイブリッド分岐管の組み合わせを含む切り替えバルブアセンブリ２７によって提供され、液体吸引システムおよび液体分注システム間の精密な切り替えを行う。
【０１１２】
したがって液体制御要素１３１は好ましくは、一般に、図１〜２０に示され、対応する上記記載で説明される液体分注システムによって提供され、図２５に示されるハウジングに収められる。本発明によるこのシステムは、精密なサブ・マイクロリットル液体分注を非接触の分注ノズルから１ナノリットルから約１０マイクロリットルの範囲で提供する。
【０１１３】
液体制御要素１３１の他の変化形は、以下のような設計を含む。すなわちチャネルが複数の３ウェイバルブによって切り替えられるもの、入力装置がダイアフラムポンプであるもの、入力装置がサブ・マイクロリットルの解像度を持つモータによってアクチュエートされる電子機械的ピストン装置であるもの、入力装置が蠕動ポンプ装置であるもの、入力装置が真空源であるもの、出力装置が圧電デバイスであるもの、出力装置がバブルジェット（登録商標）印刷デバイスのような熱電デバイスであるもの、および出力装置が、出力装置がシリンジデバイスを含む、空気圧装置のような正変位デバイス（positive displacement device）であるものを含む。
【０１１４】
図２６、２８および３０を次に参照して、操作インタフェース要素１３５が示され、これは、液体制御要素１３１および動き制御要素１３３のスタンドアローンの、または遠隔の操作を提供する。より具体的には、インタフェース要素１３５は、液体制御および動き制御要素を操作し、統合する。このシャシに組み込まれているのは、装置を操作するのに必要な全てのプリント回路基板、コネクタ、およびファームウェアである。ソフトウェアは、インタフェース要素とは独立してホストコンピュータ上に常駐しえる。１次レベル液体ハンドリングプラットフォームは、この２次デバイスを通信チャネルを介して遠隔制御する。
【０１１５】
典型的には本発明によれば、これらの通信チャネルは、ハードウェア媒体およびソフトウェアプロトコルを含む。この２次デバイスは、ＲＳ２３２シリアルポートを用いる能力を有し、イーサネット（登録商標）、ＵＳＢおよびＣＡＮＢＵＳハードウェア媒体を含むように拡張されえる。ソフトウェアドライバは、装置に特定のソフトウェアプロトコルをサポートするように作成されえる。
【０１１６】
インタフェース要素１３５は、ホストにＲＳ２３２バスおよび標準ＲＳ２３２通信ワイヤリングプロトコルを通して接続されたコントローラＰＣボード（不図示）を含む。コントローラボードは、グラフィックユーザインタフェースまたはアクティブＸ（ＯＣＸ）コントロールのようなホストアプリケーションからのコマンドを解釈する組み込みファームウェアを持ち、液体制御要素または動き制御要素内のサブコンポーネントへのコマンドを発出する。同様に、このコントローラボードは、サードパーティのロボットコントローラボードからのコマンドを受信しえる。コントローラボードは、さらにこれらの要素に標準ＲＳ２３２シリアル通信アーキテクチャを通して接続される。サブコンポーネント、シリンジドライブ、セレクタバルブ、ハイブリッド切り替えバルブ、インクジェットソレノイド、動き制御要素など全ては、インタフェース制御要素コントローラＰＣボードによってそれらに対して発行されたコマンドを解釈する組み込みマイクロ処理の能力を有する。変化形としては、アナログまたはディジタル信号をデバイスに送って個々の要素のパフォーマンスを実行するためにホストシステムに依存し、サブコンポーネントは組み込みマイクロプロセッサを持たないシステムも含まれる。
【０１１７】
ホストコンピュータ（不図示）は、インタフェース要素１３５にシリアルＲＳ２３２コネクタを通して接続される。コマンドは、ホストコンピュータ上に位置するインタフェース要素ソフトウェアからインタフェース要素に送られる。あるいは直接のコマンドがＲＳ２３２バスを介して直接にインタフェース要素に送られてもよい。いったんコマンドがインタフェース要素コントローラボードによって受け取られると、コマンドは分解され組み込みマイクロプロセッサによってコマンドの実行に必要なサブコンポーネントへ分配される。全てのサブシステム、例えばシリンジ計量要素は、個々の要素を操作するファームウェアと関連付けられる。コントローラボードは、全てのサブシステムをスケジューリングし、それらと通信する。いったんコマンドが起動され、完了すると、コントローラボードはステータスについて問い合わせされえる。
【０１１８】
ロウレベルのステップバイステップ命令によって装置が「マイクロ管理」されえるようハイおよびロウレベルコマンドが存在する。これらには、個別にバルブを切り替えること、特定の位置へＸＹＺの動き制御を動かすこと、および吸引および分注することが含まれる。同じように、ハイレベルコマンドは、特定のウェルに特定の量だけ分注することのような、完全な操作を実行するために提供されえる。
【０１１９】
本発明によれば、典型的なサイクルには、ソース液体を吸引すること、液体を単一のデスティネーションまたは複数のデスティネーション群に分注すること、およびノズルアレイを洗浄し、図２７および２８に示される「駐機」または「洗浄ホーム」位置のような非干渉位置に戻すよう動かすことが含まれる。これによりデスティネーション基板は、自動化されて置き換えられることが可能になる。ノズルアレイは、Hamilton Micro Lab 4200液体ハンドリング装置（Hamilton Company, Reno, NV）のような既存の液体ハンドリングワークステーションに装着された動き制御要素上に配置される。この吸引ステップは、ノズルアレイをユーザが定義した試薬ソース（例えば試薬コンテナ１５２および１５２’）に、そしてその中に動かし、その後、シリンジドライブサブシステムによって吸引（入力）計量することによって実行される。いったん液体が液体制御要素中に入れば、ハイブリッド切り替えバルブは、インクジェットソレノイドを試薬チャネルと並ぶように配置する出力（分注）位置に切り替えられる。この動き制御要素は、コントローラボードからの適切なコマンドと共に、ノズルアレイを第１デスティネーション位置上に移動させ、ここでインクジェットソレノイドを駆動してノズルからある量の液体が吐出されるようにするコマンドが発行される。ユーザが定義した分注マップに依存して、動き制御要素は、ノズルアレイを必要とされるターゲット位置上に位置付け、ここで分注マップが完了するまで繰り返しインクジェットの駆動が行われる。この時点で、分注サイクルは終了し、液体制御システムの洗浄が起こり、その後、ノズルアレイを洗浄ステーション内またはその近傍に位置付けるか、または、動き制御要素がノズルアレイを「駐機」位置に位置付けるかのいずれかとなる。
【０１２０】
他の代替応用例において、２次液体ハンドリング周辺機器は、配置されたマイクロタイタープレートから試料を吸引し、それから吸引された試料を同じ、または異なるマイクロタイタープレート内の他の試験サイトに適用するよう使用されえる。例えば、１つのマイクロタイタープレートの試料アレイを、試料を吸引することによって複製を作り、それから位置決めメカニズムを用いてマイクロタイタープレートを換え、新しいマクロタイタープレート内の試料アレイに複製を作るように使用されえる。
【０１２１】
他の構成において、自動化液体ハンドリングシステムの１次液体分注装置は、２次液体分注装置と協働して、１つ以上のマイクロバイオロジープロシージャの実行を可能にし促進しえる。例えば１次液体分注装置は、マイクロタイタープレートの試験サイトの中に、１マイクロリットルより多い液体のさまざまな量を分注するよう使用されえる。他の例では、１次液体分注装置は、試薬液体を試薬コンテナ内に供給するよう使用されえる。
【０１２２】
したがって上述の説明は、本発明の原理を例示的に示すものと考えられる。さらに多くの改変および変更が当業者には容易になされるので、本発明をここに図示され説明された構成および動作と全く同じに限定するよう意図されてはおらず、全ての適切な変更および等価物は本発明の範囲に入るものとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明によって構成されたハイブリッドバルブ装置の上部透視図である。
【図２】図１のハイブリッドバルブ装置の分解上部透視図である。
【図３】図１のハイブリッドバルブ装置を組み込むアセンブリの概略図である。
【図４Ａ】図１のハイブリッドバルブ装置の分岐管装置の上部透視図であり、ステータフェース境界を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ａの分岐管装置の下部連通口を示す下部透視図である。
【図５】吸引状態のハイブリッドバルブ装置のある流体パスの拡大された分解下部透視図である。
【図６】分注状態のハイブリッドバルブ装置のある流体パスの拡大された分解下部透視図である。
【図７】分岐管装置のステータ要素のステータフェースの拡大された上部平面図である。
【図８】分岐管装置のロータ要素のロータフェースの拡大された下部平面図である。
【図９】吸引状態のロータ／ステータ境界における、ステータフェース上にロータフェースを重ね合わせた分岐管装置の上部平面図である。
【図１０】吸引状態の図９のロータ／ステータ境界の拡大された上部平面図である。
【図１１】分注状態の図９の分岐管装置上部平面図である。
【図１２】分注状態の図１１のロータ／ステータ境界の拡大された上部平面図である。
【図１３】個々のプレート部材のチャネルおよび溝を示す、図４Ｂの分岐管装置の分解され拡大された下部平面図である。
【図１４】図１３の分解された下部平面図の拡大され、断片的な図である。
【図１５】吸引状態の代替の実施形態によるハイブリッドバルブ装置のある流体パスの分解された下部透視図である。
【図１６】分注状態の図１５の代替の実施形態によるハイブリッドバルブ装置のある流体パスの分解された下部透視図である。
【図１７】吸引状態の図１５のロータ／ステータ境界の拡大された上部平面図である。
【図１８】分注状態の図１６のロータ／ステータ境界の拡大された上部平面図である。
【図１９】代替の実施形態によるロータ要素のロータフェースの拡大された下部平面図である。
【図２０】代替の実施形態によるロータ要素のステータ要素のステータフェースの拡大された上部平面図である。
【図２１】本発明によって構成された２次液体分注システムを持つ自動化液体ハンドリングシステムの上部透視図である。
【図２２】図２１の２次液体分注システムの概略図である。
【図２３】図２１の自動化液体ハンドリングシステムのある具体的な実施形態の縮小した上部透視図である。
【図２４】図２１の自動化液体ハンドリングシステムのワークステーションのうちの１つにマウントされた２次液体分注システムの拡大された上部透視図である。
【図２５】図２１の２次液体分注システムの液体制御モジュールの拡大された上部透視図である。
【図２６】図２１の２次液体分注システムの動き制御モジュールの拡大された上部透視図である。
【図２７】動き制御モジュールの他の上部透視図である。
【図２８】分注ヘッドが「洗浄ホーム」ポジションにある図２１の動き制御モジュールの拡大された側面図である。
【図２９】図２８の動き制御モジュールの上部平面図である。
【図３０】２次液体分注システムの概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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