(57)【要約】  流体を流体源（１４０）から採取するよう構成される採取プローブ（１２０）と、採取プローブ（１２０）に結合され、超音波エネルギを送るとともに受けるよう構成される超音波センサ（１６０）とを含み、超音波センサ（１６０）はさらに、流体の流体表面からの反射される超音波エネルギを受けることにより第１の信号を生成するように構成される装置が提供される。流体取扱装置を用いる流体取扱システムならびに当該装置およびシステムを用いる方法も開示される。
2011505551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を採取するよう構成される採取プローブと、
前記採取プローブに結合され、超音波エネルギを送るとともに受取るよう構成される超音波センサとを含み、前記超音波センサはさらに、前記流体の流体表面から反射される超音波エネルギを受取ることにより第１の信号を生成するよう構成される、装置。
【請求項２】
前記超音波センサはさらに、前記流体を含む流体容器を受けるよう構成される第１の表面から反射される超音波エネルギを検出することにより第２の信号を生成するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記超音波センサに電気的に結合されるとともに前記第１の信号および前記第２の信号を受けるよう構成されるコントローラをさらに含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記採取プローブに流体結合されるシステム流体貯蔵部をさらに含み、前記採取プローブはさらに前記採取プローブを通るように前記システム流体貯蔵部から流体を排出するよう構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記採取プローブに流体結合されるとともに、前記採取プローブ内に試料を吸引するために負の圧力を与えるよう構成されるポンプをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ポンプはさらに、吸引した試料を前記採取プローブから排出するために正の圧力を与えるよう構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記採取プローブおよび前記超音波センサを受けるよう構成される移動可能支持部をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記採取プローブは採取要素を受けるよう構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
複数の採取プローブをさらに含み、前記超音波センサが、前記複数の採取プローブの各々とともに移動可能および利用されるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
複数の超音波センサをさらに含み、前記複数の採取プローブの１つは前記複数の超音波センサの１つとともに用いられるために構成される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
流体容器を受けるよう構成される表面と、
少なくとも１つの移動可能支持部と、
前記少なくとも１つの移動可能支持部に結合される少なくとも１つの採取プローブと、
前記採取プローブに流体結合されるポンプと、
前記少なくとも１つの移動可能支持部に結合されるとともに、前記流体容器内の流体の流体表面から反射される超音波エネルギを受けることにより第１の信号を生成するよう構成される超音波センサと、
前記第１の信号を受けるとともに、前記流体容器から流体を吸引するよう、前記第１の信号に応答して前記少なくとも１つの移動可能支持部を動かすよう構成されるコントローラとを含む、流体取扱システム。
【請求項１２】
前記超音波センサはさらに、前記流体容器を受けるよう構成される前記表面から反射される超音波エネルギを検出することによって第２の信号を生成するよう構成され、前記コントローラはさらに、前記第１の信号および前記第２の信号に応答して前記少なくとも１つの移動可能支持部を動かすよう構成される、請求項１１に記載の流体取扱システム。
【請求項１３】
前記移動可能支持部に結合される複数の採取プローブをさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記移動可能支持部に結合される複数の超音波センサをさらに含み、前記複数の採取プローブの１つは前記複数の超音波センサの１つとともに用いられるために構成される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記採取プローブに流体結合されるシステム流体貯蔵部をさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
システム流体貯蔵部と前記採取プローブとに結合されるバルブをさらに含み、前記バルブは、流体が前記システム流体貯蔵部から前記採取プローブを通って排出されるのを可能にするよう作動するように構成される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの移動可能支持部は３軸ロボットアームを含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記採取プローブは採取要素を受けるよう構成される端部を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記採取プローブは、吸引した流体を排出した後で前記採取要素を取り出すよう構成される、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
流体容器を受けるよう構成される表面と、
少なくとも１つの移動可能支持部と、
前記少なくとも１つの移動可能支持部に各々が結合される複数の採取プローブと、
複数のポンプとを含む流体取扱システムであって、前記複数のポンプの１つが前記複数の採取プローブの１つに流体結合され、前記流体取扱システムはさらに、
前記少なくとも移動可能支持部に結合される複数の超音波センサを含み、前記複数の超音波センサの１つは前記複数の採取プローブの１つに結合され、前記超音波センサの各々は前記流体容器内の流体の流体表面から反射される超音波エネルギを受けることにより第１の信号を生成するよう構成され、前記流体取扱システムはさらに、
前記第１の信号を受けるとともに、前記第１の信号に応答して、前記流体容器から流体を吸引するために前記移動可能支持部を動かすよう構成されるコントローラを含む、流体取扱システム。
【請求項２１】
前記超音波センサはさらに、前記流体容器を受けるよう構成される前記表面から反射される超音波エネルギを検出することにより第２の信号を生成するよう構成され、前記コントローラはさらに、前記第１の信号および前記第２の信号に応答して前記移動可能支持部を移動させるよう構成される、請求項２０に記載の流体取扱システム。
【請求項２２】
前記採取プローブに流体結合されるシステム流体貯蔵部をさらに含む、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２３】
前記バルブはさらに前記システム流体貯蔵部に結合される、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの移動可能支持部が３軸ロボットアームを含む、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２５】
前記採取プローブは採取要素を受けるよう構成される端部を含む、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２６】
前記採取プローブは、吸引した流体を排出した後、前記採取要素を取り出すよう構成される、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
流体を採取する方法であって、
超音波エネルギを超音波センサから流体の流体表面に与えることと、
前記流体表面からの反射された超音波エネルギを前記超音波センサを用いて受けて、採取プローブと前記流体表面との間の距離を求めることとにより、
前記採取プローブから前記流体表面までの距離を判定するステップと、
選択された量の流体を前記採取プローブの中に吸引するのに有効な距離だけ前記採取プローブを前記流体の中に動かすステップとを含む、方法。
【請求項２８】
前記流体を含む流体容器を受けるよう構成される表面に超音波エネルギを与えるとともに、前記表面からの反射された超音波エネルギを前記超音波センサを用いて受け、前記採取プローブから前記表面までの距離を判定するステップをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
吸引した流体を第２の流体容器の中に排出するステップをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記採取プローブに流体結合されるシステム流体貯蔵部から前記採取プローブを通ってシステム流体を排出するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
炭化水素流体を採取する方法であって、
超音波エネルギを超音波センサから炭化水素流体表面に与えることと、
前記炭化水素流体表面からの反射された超音波エネルギを前記超音波センサを用いて受け、採取プローブと前記炭化水素流体表面との間の距離を求めることとにより、
前記採取プローブから前記炭化水素流体表面までの距離を判定するステップと、
前記採取プローブにおいて、選択された量の流体を前記炭化水素流体から吸引するよう前記採取プローブを前記炭化水素流体の中に移動させる採取距離を判定するステップとを含み、前記採取距離は、前記採取プローブが前記炭化水素流体の中に動かされる深さを最小限にしつつ前記選択された量を吸引するように構成される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本願明細書で開示される例は、一般的に、流体を吸引および／または排出する際に用いられる超音波センサを含む装置、方法、およびシステムに関する。より詳細には、本願明細書で開示されるある実施の形態は、非極性流体を吸引および／または排出するのに用いられ得る超音波センサを有する装置、方法、およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
化学処理および生物処理を用いる産業における発展により、商業利用または実験での利用のために化学または生物物質を含む多量の流体を正確かつ自動的に採取する能力への必要性が作り出された。正確性および再現性は、採取されることになる流体が粘性を有するか、または疎水性である場合に特に困難になる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
概要
第１の局面に従うと、流体を採取するよう構成される採取プローブと、採取プローブに結合され、超音波エネルギを送るとともに受取るよう構成される超音波センサとを含む装置が提供される。いくつかの例では、超音波センサはさらに、流体の流体表面から反射される超音波エネルギを受取ることにより第１の信号を生成するよう構成されてもよい。
【０００４】
ある実施の形態では、超音波センサはさらに、流体を含む流体容器を受けるよう構成される第１の表面から反射される超音波エネルギを検出することにより第２の信号を生成するように構成されてもよい。ある例では、装置は、超音波センサに電気的に結合されるとともに第１の信号および第２の信号を受けるよう構成されるコントローラをさらに含んでもよい。いくつかの例では、装置は採取プローブに流体結合されるシステム流体貯蔵部をさらに含んでもよく、採取プローブはさらに採取プローブを通るようにシステム流体貯蔵部から流体を排出するよう構成されてもよい。ある例では、装置は、採取プローブに流体結合されるとともに、採取プローブ内に試料を吸引するために負の圧力を与えるよう構成されるポンプをさらに含んでもよい。他の例では、ポンプはさらに、吸引した試料を採取プローブから排出するために正の圧力を与えるよう構成されてもよい。付加的な例では、装置は、採取プローブおよび超音波センサを受けるよう構成される移動可能支持部をさらに含んでもよい。ある実施の形態では、採取プローブは採取要素を受けるよう構成されてもよい。他の例では、装置は、複数の採取プローブを含んでもよく、超音波センサが、複数の採取プローブの各々とともに移動可能および利用されるように構成されてもよい。
【０００５】
別の局面に従うと、流体取扱システムが提供される。流体取扱システムは、流体容器を受けるよう構成される表面と、少なくとも１つの移動可能支持部と、少なくとも１つの移動可能支持部に結合される採取プローブと、採取プローブに流体結合されるポンプと、少なくとも１つの移動可能支持部に結合されるとともに、流体容器内の流体の流体表面から反射される超音波エネルギを受けることにより第１の信号を生成するよう構成される超音波センサと、第１の信号を受けるとともに、流体容器から流体を吸引するよう、第１の信号に応答して少なくとも１つの移動可能支持部を動かすよう構成されるコントローラとを含む。
【０００６】
ある実施の形態では、流体取扱システムの超音波センサはさらに、流体容器を受けるよう構成される表面から反射される超音波エネルギを検出することによって第２の信号を生成するよう構成されてもよく、コントローラはさらに、第１の信号および第２の信号に応答して移動可能支持部を動かすよう構成されてもよい。いくつかの例では、流体取扱システムは、移動可能支持部に結合される複数の採取プローブをさらに含んでもよい。他の例では、流体取扱システムは、移動可能支持部に結合される複数の超音波センサをさらに含んでもよく、複数の採取プローブの各々は複数の超音波センサの１つとともに用いられるために構成される。いくつかの実施の形態では、流体取扱システムは、採取プローブに流体結合されるシステム流体貯蔵部をさらに含んでもよい。付加的な例では、流体取扱システムは、システム流体貯蔵部と採取プローブとに結合されるバルブをさらに含んでもよく、バルブは、流体がシステム流体貯蔵部から採取プローブを通って排出されるのを可能にするよう作動するように構成される。他の例では、流体取扱システムの移動可能支持部は３軸ロボットアームを含んでもよい。ある例では、流体取扱システムの採取プローブは採取要素を受けるよう構成される端部を含んでもよい。いくつかの例では、採取プローブは、吸引した流体を排出した後で採取要素を取り出すよう構成されてもよい。
【０００７】
付加的な局面に従うと、複数の採取プローブを含む流体取扱システムが提供される。ある例では、当該システムは、流体容器を受けるよう構成される表面と、少なくとも１つの移動可能支持部と、少なくとも１つの移動可能支持部に各々が結合される複数の採取プローブと、複数のポンプとを含み、複数のポンプの１つが複数の採取プローブの１つに流体結合され、当該システムはさらに、少なくとも１つの移動可能支持部に結合される複数の超音波センサを含み、複数の超音波センサの１つは複数の採取プローブの１つに結合され、超音波センサの各々は流体容器内の流体の流体表面から反射される超音波エネルギを受けることにより第１の信号を生成するよう構成され、当該システムはさらに、第１の信号を受けるとともに、第１の信号に応答して、流体容器から流体を吸引するために移動可能支持部を動かすよう構成されるコントローラを含む。
【０００８】
ある実施の形態では、超音波センサはさらに、流体容器を受けるよう構成される表面から反射される超音波エネルギを検出することにより第２の信号を生成するよう構成されてもよく、コントローラはさらに、第１の信号および第２の信号に応答して移動可能支持部を移動させるよう構成されてもよい。付加的な例では、流体取扱システムは採取プローブに流体結合されるシステム流体貯蔵部をさらに含んでもよい。いくつかの例では、バルブはさらにシステム流体貯蔵部に結合されてもよい。他の例では、流体取扱システムの移動可能支持部が３軸ロボットアームを含む。ある例では、採取プローブは採取要素を受けるよう構成される端部を含んでもよい。いくつかの例では、採取プローブは、吸引した流体を排出した後、採取要素を取り出すよう構成されてもよい。
【０００９】
他の局面に従うと、流体を採取する方法が提供される。ある例では、当該方法は、超音波エネルギを超音波センサから流体の流体表面に与えることと、流体表面からの反射された超音波エネルギを超音波センサを用いて受けて、採取プローブと流体表面との間の距離を求めることとにより、採取プローブから流体表面までの距離を判定するステップと、選択された量の流体を採取プローブの中に吸引するのに有効な距離だけ採取プローブを流体の中に動かすステップとを含む。
【００１０】
ある実施の形態では、この方法は、流体を含む流体容器を受けるよう構成される表面に超音波エネルギを与えるとともに、表面からの反射された超音波エネルギを超音波センサを用いて受け、採取プローブから表面までの距離を判定するステップをさらに含んでもよい。ある例では、この方法は、吸引した流体を第２の流体容器の中に排出するステップをさらに含んでもよい。いくつかの例では、この方法は、採取プローブに流体結合されるシステム流体貯蔵部から採取プローブを通ってシステム流体を排出するステップをさらに含んでもよい。
【００１１】
付加的な局面では、炭化水素流体を採取する方法が開示される。ある例では、この方法は、超音波エネルギを超音波センサから炭化水素流体表面に与えることと、炭化水素流体表面からの反射された超音波エネルギを超音波センサを用いて受け、採取プローブと炭化水素流体表面との間の距離を求めることとにより、採取プローブから炭化水素流体表面までの距離を判定するステップを含む。ある実施の形態では、この方法は、採取プローブにおいて、選択された量の流体を炭化水素流体から吸引するよう採取プローブを炭化水素流体の中に移動させる採取距離を判定するステップとを含んでもよく、採取距離は、採取プローブが炭化水素流体の中に動かされる深さを最小限にしつつ選択された量を吸引するように構成される。
【００１２】
当該技術のさらなる特徴、局面、例、および実施の形態は、以下にさらに詳細に記載される。
【００１３】
ある実施の形態が、以下の図を参照して以下により詳細に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ある例に従った、採取プローブと超音波センサとを含む装置の図である。
【図２】ある例に従った超音波センサのブロック図である。
【図３Ａ】ある例に従った、採取プローブの位置に対する超音波センサの配置の図である。
【図３Ｂ】ある例に従った、採取プローブの位置に対する超音波センサの配置の図である。
【図３Ｃ】ある例に従った、採取プローブの位置に対する超音波センサの配置の図である。
【図４】ある例に従った流体取扱システムのブロック図である。
【図５】ある例に従ったポンプの図である。
【図６】ある例に従った、複数の採取プローブに流体結合される単一のポンプの図である。
【図７】ある例に従った、各々が自身のポンプに流体結合される複数の採取プローブの図である。
【図８】ある例に従った、単一の超音波センサと複数の採取プローブとを含む装置の図である。
【図９】複数の採取プローブと、複数の超音波センサとを含み、当該複数の超音波センサの各々が複数の採取プローブのそれぞれ１つに結合される装置の図である。
【図１０Ａ】ある例に従った、流体内に動かされた採取プローブの図である。
【図１０Ｂ】ある例に従った、流体内に動かされた採取プローブの図である。
【図１１】ある例に従った、流体取扱システムの側面図である。
【図１２】ある例に従った、試料ラックの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
文脈から明確ではなかったとしても、「上」および「下」という用語の利用は、適宜なされるものであって、説明目的のためのものである。さらに、本願明細書で開示される装置およびシステムは、流体を採取するのにいかなる方位においても用いられ得る。さらに、ある寸法、特徴、および構成要素などは、本願明細書に開示される技術のさらなる理解を促すよう、拡大、変形、またはそうでなければ非比例的もしくは非従来的な態様で示され得る。これらの図面の１つ以上の構成要素が他の構成要素に「結合される」と言及される場合、これらの構成要素は仲介部分もしくは構造なしに直接的に接合または接続され得るか、またはこれらの構成要素は１つ以上の付加的および仲介部分もしくは構造を通じて接合または接続され得る。
【００１６】
詳細な説明
本願明細書に開示される技術のある特徴、局面、および例は、既存のシステムに対して、粘性のない流体および粘性のある流体、たとえば炭化水素、の自動化された正確および／または高精度な採取を含むがこれらに限定されない大きな利点を提供する。
【００１７】
ある例に従うと、本願明細書で開示される装置、システム、および方法は、１つ以上の超音波センサを利用して流体の採取の全体の正確性および精度を増加させるという利点を有する。本願明細書で用いられる「採取」という用語は、本願明細書で開示される流体取扱システムを用いて行なわれ得る吸引および排出ならびに他の流体取扱作業を含む。ある実施の形態では、単一の超音波センサが用いられてもよく、他の実施の形態では、各採取クローブが対応する超音波センサを含んでもよい。各超音波センサは、他の超音波センサから独立して動作するよう構成される。ある例では、当該超音波センサは、少なくとも部分的に、採取プローブを流体の中に下げる距離を制御するのを補助するために用いられてもよい。どれだけ採取プローブを流体の中に下げるかを制御することにより、採取プローブの外側に被覆または吸収される流体の量は減少され得、これにより流体の全体の採取の正確性が増す。
【００１８】
いくつかの例では、超音波センサは、反射された超音波エネルギを受取るとともに、当該反射された超音波エネルギに応答して信号を生成するよう用いられ得る。ある例では、当該超音波エネルギは、採取プローブの端部から流体表面までの距離を判定するのに用いられ得る。他の例では、システムを較正および／または流体表面への距離の判定を補助するよう、１つ以上の他の超音波計測が行なわれ得る。このような他の計測は、流体容器を受入れるよう構成される表面への開始距離がわかるようなシステムの較正を含むが、これに限定されない。採取に先立って既知または固定の位置で採取プローブを始動させる実施例においては、このような付加的な計測は、全体の採取時間を増加させ得るので望ましくないかもしれない。ある例では、超音波センサは、超音波エネルギを与え、反射された超音波エネルギを受け得る。その一方、他の例では、１つの超音波センサが超音波エネルギを与えるよう用いられ得、第２の超音波センサが、反射された超音波エネルギを検出するよう用いられ得る。
【００１９】
ある例に従うと、超音波センサの利用を含む本願明細書で開示されるシステム、装置、および方法は、採取プローブを流体の中に下げる所望の距離を決定または選択するよう用いられ得る。ある既存の方法では、採取プローブは、当該採取プローブが流体に確実に接触するよう、流体容器の中へとかなりの距離下げられる場合がある。しかしながら、当該流体が粘性を有するか疎水性の場合には、当該流体は採取プローブの外側表面に粘着または付着し得る。このような望ましくない付着により、当該採取要素の外側に付着する流体は望ましくない態様で排出または落下し得るため、採取プローブの全体の正確性が低減される。この付着は、採取量が数マイクロリットルのオーダーの場合に特に有害となる。なぜならば、採取要素への流体の付着が少量であっても、大きな採取誤差が導入され得るからである。超音波センサを用いると、流体の表面への距離が判定され得、採取要素は、当該採取要素の外側表面と流体との間の不必要な接触を低減または最小化しつつ、当該採取要素の中に所望の量の流体を吸引するのに好適な距離だけ流体の中に下げられ得る。採取されることになる流体は、粒状物質を含み得、極性または非極性であり得、粘性を有するかもしくは相対的に粘性を有し得ないか、有色もしくは無色であり得、透明もしくは不透明であり得、または他の物理的もしくは化学的特性を含み得る。このような装置、システム、および方法は特に、たとえば炭化水素燃料（たとえばガソリン、ディーゼル燃料、灯油など）、潤滑油、オイル、ワックス、グリコール、芳香族、フェノール、スターチまたは砂糖溶液、天然産物（たとえば、蜂蜜、糖蜜、ピーナツオイル、およびその他の植物オイル）、エーテル、塩基性溶液（たとえば３０％のＮａＯＨ）、酸性溶液（たとえば６０〜１００％のＨ2ＳＯ4）、タール、および他の粘性を有する流体といった粘性を有する流体について特に有用である。いくつかの例では、本願明細書で開示される装置、システム、および方法は、粘性が５０ｃＰｓ以上である流体について特に有用である。本願明細書で開示される装置、システムおよび方法は粘性を有する流体の採取に用いられ得るが、本願明細書で開示される装置、システム、および方法によって与えられる正確性および精度の増加によりさらに、これらは、たとえば水溶液ベースの溶液、たとえば５０ｃＰｓ以下の粘性を有する流体のような非粘性の流体とともに用いられ得る。
【００２０】
ある例では、本願明細書で開示される装置、システム、および方法は選択された量の流体を吸引するよう用いられ得る。吸引とは、採取プローブの中に流体を引込む、吸込む、またはそうでなければ移動させるということを指す。採取プローブの中に吸引される厳密な量は、流体の意図する最終用途、たとえば化学分析およびアレイ製作などに依存して変動し得る。いくつかの例では、採取プローブに吸引される流体の量は、約０．１マイクロリットルから約１０ミリリットル、より特定的には、約１マイクロリットルから約１ミリリットルで変動し得、たとえば約１ｍＬである。吸引の後、採取プローブに引込まれた選択された量の流体が、所望の容器の中または所望の表面上に排出され得る。いくつかの例では、採取プローブにおける流体の全部の量が容器の中に排出され得る。他の例では、採取プローブの中に吸引される合計量よりも少ない量が排出され得る。ある例では、採取プローブは、所望の容器または所望の表面にシステム流体を排出するのに用いられてもよい。いくつかの例では、システム流体は、すべての吸引された流体が採取プローブから除去されるのを確実とするよう、採取プローブを洗い流すのに用いられてもよい。この開示の利点が与えられた当業者ならば、本願明細書において開示される装置、システム、および方法を用いて吸引および排出を行なう付加的な方法を容易に選択するであろう。
【００２１】
ある実施の形態に従うと、超音波センサに結合される採取プローブは、流体を吸引および／または排出するのに用いられ得る。図１において、超音波センサに結合される例示的な採取プローブが示される。装置１００は、採取プローブ１２０に結合される移動可能支持部１１０を含む。採取プローブ１２０は、移動可能支持部１１０内の中心に配置され得る。採取プローブ１２０は、固定または取外し可能であり得る採取要素１３０に結合またはこれを含み得る。ある実施の形態では、採取要素１３０は、負の圧力が適用される際、たとえば吸引の際に流体を受入れ、正の圧力の適用の際、たとえば排出の際に当該流体を放出し得る中空の中心キャビティを含むピペットの先端部の形態を取り得る。さまざまなサイズの採取要素が、異なる採取量を提供するよう用いられてもよい。装置１００の動作の間、選択された量の流体が、表面１５０上に存在する流体容器１４０のような流体源から採取要素１３０の中に吸引され得る。吸引の後、装置１００は、当該吸引された流体を別の入れ物または容器（図示せず）に排出し得る。
【００２２】
ある例では、採取プローブ１２０は、採取要素１３０の中への流体の吸引に先立って、流体容器１４０の中に、選択された距離だけ下げられ得る。採取プローブ１２０が下げられる距離は、採取プローブ１２０に結合される超音波センサ１６０によって判断され得る。超音波センサ１６０は、たとえば流体容器１４０内の流体の流体表面といった表面に超音波エネルギを与えるとともに、当該流体表面からの採取プローブの距離を判断するために流体表面からの反射されたエネルギを受取るよう構成され得る。いくつかの例では、超音波エネルギは、パルスの形態で与えられ得、反射されたエネルギはたとえば、エコーとして受取られ得る。パルスが送られてからエコーが受け取られるまでかかった時間が、流体表面からの採取要素の位置の距離を判定するのに用いられ得る。採取要素１３０の端部と流体容器１４０における流体の流体表面との間の差を確認または判定することにより、採取プローブ１２０は、選択されたまたは所望の量の流体が採取要素１３０の中に吸引され得るように流体の中に所望の距離だけ下げられ得る。採取プローブ１２０が流体の中に下げられる距離を制御することにより、採取要素１３０の外側に被覆または吸収され得る流体の量が低減され得、これにより装置１００を用いる吸引の全体の正確性および精度が増加する。
【００２３】
ある例に従うと、超音波センサ１６０の動作の間、流体容器内の流体面への距離は、既知の距離を用いてセンサを較正することによって判定され得る。たとえば、超音波センサ１６０は、採取プローブ１２０の採取要素１３０からの距離がわかっている表面１５０に超音波エネルギを与え得る。このような既知の距離は、較正ルーチン内に格納され得る。較正ルーチンは、好適なコントローラによって実行される場合、移動可能支持部１１０を表面１５０から既知の距離に配置または位置決めし得る。超音波センサによる反射エネルギの受取により、たとえば較正信号といった信号の生成が行なわれ得、当該信号はコントローラに送られ得る。較正信号は、当該コントローラに格納され、採取プローブ１２０を下げる距離を決定するよう用いられ得る。たとえば、信号は、流体容器内の流体面の検出に応答して生成され得る。たとえば、流体面信号は、超音波エネルギを与えるとともに、当該流体の表面によって反射される超音波エネルギを受取ることによって生成され得る。較正信号は、流体容器内の流体に接触するようどれだけ採取プローブが下げられるべきかを判定するために、流体面信号とともに用いられ得るか、または当該流体面信号と比較され得る。代替的な構成では、較正曲線が、多くの異なる距離で反射された超音波エネルギを用いて流体面信号に応答して採取プローブを下げる距離を判定するように生成または用いられ得る。流体面を検出するとともに、好適なまたは選択された距離だけ当該流体内に採取プローブを下げるよう超音波センサを用いる付加的な方法は、この開示の利点を与えられた当業者によって容易に選択されるであろう。
【００２４】
ある例に従うと、本願明細書に開示される装置、システム、および方法において用いられ得る超音波エネルギの厳密な周波数は、採取されることになる流体および超音波センサのタイプなどに依存して変動し得る。ある実施の形態では、超音波センサは、約２０ｋＨｚから約２００ＭＨｚの間、たとえば約２５０ｋＨｚから約４００ｋＨｚの周波数を有するエネルギを与え得る。いくつかの例では、超音波センサは、約１〜１０インチ、より詳細には約２〜８インチの間の距離を検出するのが効果的であるように選択される。しかしながら、超音波センサが送る超音波エネルギの出力を増加または減少させることにより、表面または流体から超音波センサが配置される距離を増加または減少させるのが望ましい場合もある。ある実施の形態では、超音波センサは、１つの超音波センサからのエネルギが他の超音波センサからの超音波エネルギと干渉しないように円錐状の超音波エネルギを提供し得る。例示的な超音波センサのブロック図が図２に示される。超音波センサ２００は、トランスデューサ２２０に超音波エネルギを提供するトランスミッタ２１０を含む。トンラスデューサ２２０は、たとえば、圧電セラミック結晶を含み得るものである。所望のエネルギプロファイルを提供するよう、多くの異なるタイプのトンラスデューサ構成が用いられ得る。トンラスデューサ２２０は、トランスミッタ２１０から表面に超音波エネルギを提供する。エネルギが表面から反射されるとともにトンラスデューサ２２０上に放射されると、反射信号はレシーバ２３０に供給される。レシーバ２３０は、表面または流体から反射エネルギを受取るとともに、反射エネルギのタイプ、レベル、または波長をプロセッサに与え得る。レシーバ２３０は、プロセッサ２４０に電気的に結合され得る。プロセッサ２４０は、反射データを格納ならびに／または反射データおよび／もしくは送信データを用いて距離を計算するよう１つ以上のリストまたはアルゴリズムを含み得る。プロセッサ２４０はさらに、採取プローブが流体の中に所望の距離だけ下げられるように移動可能支持部の移動を実行する信号を送るように構成され得る。表面への距離を示す信号を提供するための他の代替例、またはデータを距離の判定のためにプロセッサに与えるための他の代替例は、この開示の利点が与えられた当業者によって容易に選択されるであろう。本願明細書において開示される流体取扱システムにおける利用に好適な例示的な超音波センサは、バウマー・エレクトリックＡＧ（Baumer Electric AG）（スイス）から商業的に入手可能なもの、たとえばモデル番号ＵＮＤＫ１０Ｕ６９１４を含むが、これらに限定されない。
【００２５】
ある実施例では、超音波センサを含む装置またはシステムの周りにシールドを含むのが望ましい場合がある。このようなシールドは、外部の音波からの干渉を防止または低減するとともに、超音波エネルギが超音波センサの近くの他の機器または装置と干渉するのを防止または低減し得る。このようなシールドは、超音波センサに直接的に取付けられ得る。たとえば、超音波センサの取囲み部に取付けられ得る。または、当該シールドは外部のものであり得、超音波センサに直接的に取付けられなくてもよい。例示的な超音波シールドは、超音波エネルギを吸収し得る金属ホイル、発泡体、またはその他の金属からなるか、これらを含み得る。
【００２６】
ある実施の形態では、超音波センサは１つ以上の嵌合部または取付け部を用いて採取プローブに結合され得る。ある例では、張出しバー１７０（図１参照）が移動可能支持部１１０および／または採取プローブ１２０に超音波センサ１６０を結合するよう用いられ得る。ある例では、採取プローブ１２０の位置に対して、表面に超音波エネルギを送るおよび受取るよう超音波センサ１６０の利用を可能にする任意の位置に配置され得る。図１に示される例では、張出しバー１７０が採取プローブ１２０の左側に超音波センサ１６０を配置する。図３Ａ〜図３Ｃに示されるように、超音波センサ３１０は、採取要素３２０（図３Ａ）の右側に配置されてもよく、超音波センサ３３０は採取要素３２０の前側（図３Ｂ）に配置されてもよく、超音波センサ３４０は、採取要素３２０の後ろ側（図３Ｃ）に配置されてもよく、または超音波センサはこれらの例示的な位置の間の任意の位置に配置されてもよい。いくつかの例では、超音波センサは、超音波センサの本体が採取プローブの本体の部分を取囲むように採取要素を受入れるよう構成される貫通孔または開口部を有するよう構成され得る。採取プローブの配置に対する超音波センサの配置は限定されない。同様に、表面または流体に対する超音波センサの配置は、超音波センサが送るエネルギが表面または流体に接触するならば、限定されない。ある実施の形態では、超音波センサから表面または流体への垂直方向の距離は、約１〜９インチの間であり得、より詳細には、約２〜７インチであり得、たとえば約３〜６インチであり得る。さらに、ある実施の形態では、移動可能支持部１１０は、表面または流体表面からの超音波センサの距離を増加または減少させるよう垂直方向に移動され得る。
【００２７】
ある例では、超音波センサの１つ以上が、ガントリシステムか、または採取プローブを搭載するよう用いられる支持部とは別個の独立した移動可能支持部に搭載または結合され得る。この移動可能支持部は、採取プローブとともに移動し得るか、または採取プローブとは独立して移動し得る。別個の移動可能支持部に搭載される超音波センサを搭載および制御するための好適な装置は、この開示の利点が与えられた当業者によって容易に選択されるであろう。
【００２８】
ある例に従うと、本願明細書で開示される採取プローブの１つ以上、たとえば超音波センサを含むものは、流体取扱システムにおいて用いられ得る。例示的な流体取扱システムのブロック図が図４に示される。流体取扱システム４００は、バルブ４４０と流体導管４３５とを通じてポンプ４２０およびシステム流体貯蔵部４３０に流体結合される採取プローブ４１０を含む。システムコントローラ４５０は、採取プローブ４１０、ポンプ４２０、およびバルブ４４０に電気的に結合され、流体容器からまたは流体容器への流体の吸引および排出を制御、および／またはシステム流体貯蔵部４３０からの流体の排出を制御する。ロボットシステム４６０は、採取プローブ４１０に機械的に結合され、３方向、たとえばｘ軸、ｙ軸、および／またはｚ軸方向に採取プローブ４１０を移動させるよう動作する。このようなロボットシステム４６０は、本願明細書におけるある例において、３軸ロボットシステムとして言及される。流体取扱システム４００は、選択された量の流体を採取プローブ４１０の中に吸引し得、当該吸引された流体を排出、および／またはシステム流体貯蔵部４３０からの選択された量のシステム流体を採取プローブ４１０を通るように排出し得る。採取プローブ４１０は典型的には、コントローラ４５０に電気的に結合される超音波センサを含むか、当該超音波センサに結合される。
【００２９】
ある実施の形態では、ポンプ４２０は注射器ポンプとして構成される。この注射器ポンプの１つ以上の構成要素は、所望の量が採取プローブの中に吸引され、採取プローブ４１０から排出されるか、または採取プローブ４１０を通るようにシステム流体貯蔵部４３０から排出されるように離散的なステップで移動するかまたは移動されるよう動作可能であり得る。図５に示される１つの実施の形態では、ポンプ４２０はステッパモータ５１０と、ステッパモータ５２０と、注射器５３０とを含み得る。注射器５３０は、チューブ５３２と、ギアの連なりおよびベルト（図示せず）を通じてステッパモータ５１０に機械的に結合されるプランジャ５３４とを含み得る。ステッパモータ５１０の動作により、プランジャ５３４がチューブ５３２の中で特定の数の離散ステップだけ上または下に移動する。プランジャ５３４はチューブ５３２に対して流体密封シールを形成する。一実施の形態では、注射器５３０は５ｍＬの利用可能な容量を有する（他の容量、たとえば１００マイクロリットルから２５ｍＬの注射器も可能である）。当該容量は、１回の完全なストロークでプランジャ５３４が変位させ得るシステム流体の量である。選択された動作モードにより、ステッパモータ５１０は、プランジャ５３４のフルストロークごとに３０００または１２０００の離散的なステップを行なうことができ得る。１つの好ましい実施の形態では、ステッパモータ５１０は、プランジャ５３４のフルストロークごとに１２０００ステップを行なうよう命令される。各ステップにおいて、約０．４１７マイクロリットルの流体が変位される。ポンプ４２０は、採取プローブをポンプに流体結合するバルブ５３８を含み得る。または、バルブ５３８は省略されてもよく、バルブ４４０のような好適なバルブが、ポンプ４２０を採取プローブに結合するよう流体接続して配置され得る。流体取扱システムにおいての利用に好適なポンプは、ＴＥＣＡＮ  Ａｇから商業的に入手可能なＣＡＶＲＯ  ＸＬＰ３０００である。
【００３０】
ある例に従うと、ポンプ４２０を用いて流体を吸引するよう、コントローラ４５０から１つ以上のコマンドにより、ポンプ４２０内のステッパモータ５１０が採取プローブ４１０の中に離散的な量の流体を吸引する。ポンプ４２０はさらに、流体移動の間に採取プローブ４１０を洗浄するよう用いられ得るとともに、システム流体貯蔵部４３０における圧力を制御するよう用いられ得る。いくつかの実施の形態では、ポンプ４２０はさらに、システム流体貯蔵部からの流体を流体取扱システムに供給するとともに、採取プローブ４１０からの吸引流体を排出するよう用いられ得る。流体取扱システム４００に供給するために、コントローラ４５０はロボットシステム４６０に命令して、ロボットシステム４６０上に含まれる洗浄ステーションの上に採取プローブ４１０を配置する。初期化制御信号がコントローラ４５０によってポンプ４２０に送信され得、これによりバルブ４４０が回転し、ポンプ４２０およびシステム流体貯蔵部４３０を接続する。制御信号はさらに、ステッパモータ５１０がプランジャ５３４をその上部最大延在地点（図５のおける位置１）へとチューブ５３２内に移動させる。コントローラ４５０からの次のコマンドにより、ステッパモータ５１０は、チューブ５３２内においてプランジャ５３４をその最大下延在地点（図５の位置２）までプランジャ５３４を移動させる。これにより、システム流体がシステム流体貯蔵部４３０から抽出される。コントローラ４５０からの別のコマンドは、バルブ４４０を再び回転させるよう命令し、これによりポンプ４２０が流体導管４３５と流体接続する。コントローラ４５０からポンプ４２０への次のコマンドにより、ポンプ４２０の中のシステム流体は採取プローブ４１０の中に押出され得る。流体取扱システム４００は典型的には、約１００００ミリリットルのシステム流体が供給されることを必要とするので、上述したステップのシーケンスは流体取扱システム４００に完全に供給するよう繰り返され得る。ある実施の形態では、ポンプは複数の採取プローブに流体結合され得る。この構成の例が図６に示される。ポンプ６１０は、採取プローブ６２０、６３０、６４０、および６５０に、それぞれ流体導管６２２、６３２、６４２、および６５２を通じて流体結合される。（バルブが採取プローブとポンプとを流体結合するよう構成される場合）流体が採取プローブの各々を通じて吸引または排出されるように、または（バルブがポンプと採取プローブの１つ以上との間の流体結合を中断させるよう構成される場合）採取プローブのすべてより少ないものが流体を吸引および／または排出するよう用いられるように、１つ以上のバルブ（図示せず）が流体導管内に含まれてもよい。いくつかの例では、各採取プローブは、採取プローブとポンプとの間の個々の流体結合部または導管を通じてポンプ６１０に流体結合され得る。他の例では、共通のマニホルドが、採取プローブを流体ポンプに流体結合してもよい。採取プローブをポンプに流体結合するための好適な他の方法および装置を選択することは、この開示の利点が与えられた当業者の能力の範囲内である。ポンプ６１０の動作において、ポンプの注射器は、採取プローブの中に流体を引込むよう負の圧力が採取プローブに存在するようにコントローラからの信号に応答して作動され得る。流体を排出するために、他の信号がコントローラから送られ得、これにより流体が採取プローブから強制的に出されるように注射器ポンプの作動によって正の圧力が適用される。多くの場合では、ひと度流体が採取プローブの中に吸引されると、コントローラは採取プローブが結合される移動可能支持部に信号を送り得る。当該移動可能支持部の移動により、流体が異なる容器、たとえばマイクロタイタープレート、ウェルプレート、またはテストチューブなどに排出されるのを可能にする。排出の後、システム流体は、採取プローブを通って、たとえば吸引された流体が排出されるのと同じ容器の中に排出され得る。
【００３１】
他の実施例では、各採取プローブがその各々のポンプを含み得る。この構成の例示は図７に示される。採取プローブ７０５、７１０、７１５、７２０、７２５、７３０、７３５、および７４０は、それぞれポンプ７５０、７５５、７６０、７６５、７７０、７７５、７８０、および７８５に流体結合される。いくつかの例では、採取プローブおよび／またはポンプの各々は、コントローラが選択的に信号をポンプの１つ以上に送り、作動されたポンプに流体結合される採取プローブを用いて流体を吸引または排出するようにアドレスを有し得る。このようなアドレス付けは、１つの採取プローブ、採取プローブのサブセット、または採取プローブのすべての利用を可能にする。さらに、任意の１つの採取プローブによって吸引される流体の量は、そのそれぞれのポンプを異なる量にて作動することにより、他のいかなる採取プローブとも異なる量になるように選択され得る。
【００３２】
いくつかの例では、バルブは２つ以上のポートを流体結合し得るＬ字形状の通路を含む４ポートバルブとして構成され得る。たとえば、当該Ｌ字形状の通路は、注射器が移動する際に採取プローブが吸引または排出し得るように採取プローブに注射器を流体結合し得る。Ｌ字形状の通路を選択された量、たとえば９０度回転させることにより、採取プローブは異なるポート、たとえばシステム流体貯蔵部に接続されるポートに結合され得る。たとえば、当該ポートは、供給、洗い流し、または洗浄のために、採取プローブにシステム流体を与える別のポンプに接続され得る。好適なバルブは、たとえば、商業的に入手可能なTecan CavroポンプのTecanから入手可能である。
【００３３】
ある例に従うと、本願明細書に開示される流体取扱システムのシステム流体貯蔵部４３０は、採取されることになる流体に依存して組成および特性が選択される流体を含み得る。いくつかの例では、システム流体は、流体が採取プローブから排出された後で採取プローブを洗浄するよう用いられ得るように選択される。いくつかの実施の形態では、システム流体は蒸留水か、または洗剤もしくは他の洗浄剤の水溶液であり得る。洗浄の後、当該採取プローブは蒸留水で洗い流され、残留する洗浄剤を採取プローブから洗い落とす。採取されることになる流体が非水溶性、たとえばガソリンまたはオイルといった炭化水素である実施の形態においては、システム流体は同様に非極性であってもよい。たとえば、採取されることになる流体がオイルの場合、システム流体は灯油、ヘキサン、または他の実質的に非極性の流体であり得る。
【００３４】
ある実施例では、システム流体は、好適な濃度にあるか、分析のために好適な特性を示すように、採取されることになる流体を希釈するよう用いられ得る。たとえば、希釈された流体が光学計測、たとえば吸光度、蛍光性または他の光学計測について好適であるような流体で不透明な試料を希釈するのが望ましい。他の実施の形態では、当該流体における反応物が所望の濃度で存在するように、採取されることになる流体を希釈するのが望ましい。たとえば、基材または酵素などが、システム流体を用いて、分析の前に好適な濃度に希釈され得る。いくつかの実施の形態では、複数の採取プローブの各々が、採取されることになる流体から均等な量を吸引し得、作り出される異なる濃度を用いて異なる採取プローブが標準曲線を生成するように異なる量の流体を排出し得る。
【００３５】
ある例に従うと、移動可能支持部のロボットシステム４６０は、３軸における移動のために構成され得る。ｚ軸は、採取プローブの長手方向軸に実質的な平行な垂直方向の軸になるように任意に選択され得る。超音波センサによる計測は、このｚ軸に沿ってどれだけ移動可能支持部が下げられるかを制御するよう用いられ得る。ロボットシステムは、当該採取プローブを他の方向、たとえばｘ方向およびｙ方向に平行移動させ、ｚ軸に垂直な方向に採取プローブを移動させるよう構成され得る。例示的な３軸のロボットシステムは、（イリノイ州(Ill)、ダウナーズグローブ(Downers Grove)の）パッカード・インストルメント・カンパニー（Packard Instrument Company;現在はマサチューセッツ州(MA)のウォルサム(Waltham)のパーキンエルマーＩｎｃ．（PerkinElmer, Inc）の一部）によって製造されるもの、たとえばＭｕｌｔｉＰｒｏｂｅ  ＣＲ１０１００と、パーキンエルマーＩｎｃ．から商業的に入手可能なＪａｎｕｓ（商標）システムにおいて共通に存在し得るものとを含む。
【００３６】
ある実施の形態に従うと、本願明細書に開示される流体取扱システムは、単一の超音波センサと、複数の採取プローブとを有するよう構成されてもよい。この構成の例示が図８に示される。このシステムは、移動可能支持部９１０と、超音波センサ９２０と、４つの採取プローブ９３０、９４０、９５０、および９６０とを含む。採取プローブ９３０、９４０、９５０、および９６０の各々は、独立して流体を吸引および排出し得る。さらに、採取プローブ９３０、９４０、９５０、および９６０の各々は、システム流体貯蔵部（図示せず）に流体結合され得る。超音波センサ９２０は移動可能支持部上に位置決めされてもよく、またはたとえば図１および図３Ａ〜図３Ｃを参照して記載したように張出しバーを用いて位置決めされてもよい。超音波センサ９２０はさらに、採取プローブの長手方向軸に垂直な方向に平行移動され得るようにトラックまたはスライド９７０の上に位置決めされてもよい。このような平行移動により、採取プローブ９３０、９４０、９５０、および９６０の各々の下の流体面を検出するよう超音波センサを用いることが可能になる。たとえば、超音波センサ９２０は、超音波センサ９２０を移動可能支持部９１０上の位置Ａに位置決めすることによって採取プローブ９３０に結合され得る。超音波エネルギが、採取プローブ９３０の下の表面（図示せず）に与えられ得、その反射されたエネルギが、採取プローブ９３０から流体への距離を判定するのに用いられ得る。採取プローブ９３０についてのこの距離の計測の後、超音波センサ９２０は位置Ｂに移動され得、超音波センサ９２０を採取プローブ９４０に結合する。このプロセスは、採取プローブ９３０、９４０、９５０、および９６０の各々についての距離の計測が実行されるまで、たとえば移動可能支持部９１０上の位置Ｃ、次いで位置Ｄに超音波センサを移動させることにより繰返され得る。すべての距離の計測が行なわれた後、異なる採取プローブ９３０、９４０、９５０、および９６０は独立して、流体が採取プローブ９３０、９４０、９５０、および９６０の各々の中に吸引され得るように好適な距離だけ下げられ得る。
【００３７】
ある実施の形態では、超音波センサ９２０は、超音波センサ９２０をトラック９７０に沿ってさまざまな位置に移動させるよう構成されるモータに結合され得る。このモータは、ステッパモータ、リニアモータ、および圧電モータなどを含むがこれらに限定されない多くの構成を取り得る。超音波センサを移動させるための付加的な好適なモータは、この開示の利点を与えられた当業者によって容易に選択されるであろう。超音波センサはさらに、超音波センサが送るおよび受取るさまざまなデータがコントローラに提供され得るとともに、流体表面からの任意の特定の採取プローブの距離を判定するのに用いられ得るように電気的にコントローラに結合される。いくつかの例では、コントローラに提供されるデータは、各採取プローブのためのデータおよび／または距離計算がリストまたはテーブルに加えられ得るように採取プローブの１つに対応する一意のアドレスに関連付けられる。このようなリストまたはテーブルは、各採取プローブが流体に接触および／または流体を吸引／排出するのにどれだけ下げられ得るかを求めるのに用いられ得る。
【００３８】
ある例に従うと、本願明細書に開示される流体取扱システムは、複数の採取プローブの各々について超音波センサを有するよう構成されてもよい。この構成の例示が図９に示される。このシステムは、移動可能支持部１０１０と、採取プローブ１０５０、１０５５、１０６０、および１０６５のそれぞれのための超音波センサ１０２０、１０２５、１０３０、および１０３５とを含む。採取プローブ１０５０、１０５５、１０６０、および１０６５の各々は、独立して流体を吸引および排出し得る。さらに、採取プローブ１０５０、１０５５、１０６０、および１０６５の各々は、システム流体貯蔵部（図示せず）に流体結合され得る。超音波センサ１０２０、１０２５、１０３０、および１０３５は、移動可能支持部の上に直接的に配置されてもよく、または、たとえば、図１および図３Ａ〜図３Ｃを参照して記載したように張出しバーを用いて位置決めされてもよい。超音波センサ１０２０は、採取プローブ１０５０の下の表面に超音波エネルギを送るとともに、当該表面から反射された超音波エネルギを受けるよう構成され得る。超音波センサ１０２５は、採取プローブ１０５５の下の表面に超音波エネルギを送るとともに、当該表面から反射された超音波エネルギを受けるよう構成され得る。超音波センサ１０３０は、採取プローブ１０６０の下の表面に超音波エネルギを送るとともに、当該表面から反射された超音波エネルギを受けるよう構成され得る。超音波センサ１０３５は、採取プローブ１０６５の下の表面に超音波エネルギを送るとともに、当該表面から反射された超音波エネルギを受けるよう構成され得る。超音波センサ１０２０、１０２５、１０３０、および１０３５の各々は、他の超音波センサと独立して動作し得、超音波エネルギは、他の超音波センサが送るのと同時または連続して、超音波センサの各々によって送られ得る。各採取プローブのために超音波センサを含むことにより、全体の設計が簡略化される。なぜならば、超音波センサを移動可能支持部に沿って異なる位置に移動させるために付加的な機械部分を必要としないからである。超音波センサ１０５０、１０５５、１０６０、および１０６５の各々は、送出および反射データが、それぞれの採取プローブが流体に接触するおよび／または流体を吸引／排出するよう下げられるべき距離を判定するのに用いられ得る場合、コントローラ（図示せず）に当該データを提供し得る。
【００３９】
ある例では、採取プローブ同士の間の厳密な間隔は変動し得る。例示的な採取プローブの間隔は、約４．５ｍｍから約１００ｍｍであり、より詳細には、約８．５ｍｍから約４０ｍｍであり、たとえば約８〜１０ｍｍである。いくつかの実施の形態では、超音波センサは、そのエネルギ送出プロファイルが先端部の間隔より小さく、これにより超音波センサ同士の間の干渉を低減または回避するように選択され得る。たとえば、採取プローブが約８〜１０ｍｍ、たとえば約９ｍｍの間隔で配置される場合、超音波センサは、そのそれぞれの採取プローブの下の表面を検出するようエネルギを送るが、近傍の超音波センサと干渉する広いパターンのエネルギは送らないように選択され得る。
【００４０】
図８および図９に示される流体取扱システムは４つの採取プローブを有するよう構成されるように示されるが、他の実施の形態では、たとえば３つ、２つ、または１つといったより少ない採取プローブ、またはたとえば少なくとも５つまたは少なくとも８つの採取プローブといったより多くの採取プローブが存在してもよい。さらに、２つの超音波センサが２つより多い採取プローブ、たとえば４つの採取プローブとともに用いられてもよい。これにより、各センサは、異なるときに、１つ以上の採取プローブの上に位置決めされ得る。同様に、４つの超音波センサが４つより多い採取プローブ、たとえば８つの採取プローブとともに用いられてもよい。これにより、超音波センサの１つ以上が移動可能となり得、採取プローブの２つ以上のために超音波データを提供し得る。採取プローブよりも少ない超音波センサを用いる付加的な構成は、この開示の利点が与えられた当業者によって容易に選択されるであろう。
【００４１】
ある例に従うと、流体取扱システムのコントローラは１つ以上のアルゴリズムを含み得る。当該アルゴリズムは、１つ以上の超音波センサから入力を受取り、当該入力を用いて流体表面までの距離を判定し、採取されることになる流体の中に採取プローブを下げるのに十分な距離だけ採取プローブを垂直方向に移動させる出力を提供するように設計され得る。いくつかの例では、距離がリストに書込まれ、当該リストがソフトウェアによってその後読取られ、採取プローブの移動を引起すようにアルゴリズムによってリストが生成され得る。超音波計測が必要でない場合は、当該ソフトウェアはリストを無視するか、エントリを有さないリストを読取り、超音波データに基づく距離計算の代わりにユーザ入力に基づき採取プローブを移動させる。本願明細書で開示される流体取扱システムとともに用いられるのに好適な例示的なソフトウェアは、パーキンエルマーＩｎｃ．（マサチューセッツ州のウォルサム）から商業的に入手可能なＪａｎｕｓ（商標）システムとともに入手可能なＷｉｎＰｒｅｐ（登録商標）ソフトウェアを含むが、これに限定されない。
【００４２】
いくつかの例では、コントローラは流体取扱システムの表面上において流体容器の移動を制御するよう構成されてもよい。たとえば、超音波計測および採取プローブからの流体の吸引を促進するよう、採取プローブの位置に対して流体容器を移動させるのが望ましい場合がある。当該流体容器は三次元に移動され得るか、またはある例では、当該流体容器は二次元または一次元に動かされ得る。例示的な流体容器は、マイクロタイタープレート、ウェルプレート、テストチューブ、Ｅｐｐｅｎｄｏｒｆ（登録商標）チューブ、円錐バイアル、遠心分離管、低温バイアル、ビーカー、および丸底フラスコなどを含むがこれらに限定されない。いくつかの例では、流体容器は、たとえば流体容器の底部を開口部またはスロットの中に挿入することにより流体容器を保持するよう構成される表面上に配置されてもよい。
【００４３】
ある例に従うと、本願明細書に開示される流体取扱システムにおける利用のための採取プローブは、当該採取プローブの底部に流体結合される取外可能または除去可能な採取要素を含み得る。この採取要素は、流体が吸引および排出される部位である。流体を採取要素の中に吸引することにより、採取プローブの本体は流体に接触しない。流体への接触は、採取プローブの汚染へと繋がり得る。いくつかの例では、採取要素は、採取要素への採取プローブ本体の摩擦嵌合によって採取プローブに取付けられ得る。このような嵌合は、採取プローブによって採取要素を保持するには十分な力で採取要素に接触するようｚ方向に採取プローブを動かすことにより自動的に行なわれ得る。採取プローブ／要素は次いで、採取要素の中への流体の吸引に先立って、超音波センサにより、超音波送出のために異なる位置に移動され得る。採取要素に用いられる例示的な材料は、ポリマー、プラスチック、ポリテトラフルオロエチレン、およびほとんどの流体または溶媒に対して概して非反応性である他の材料を含むが、これらに限定されない。採取要素についての例示的な容量は、約１マイクロリットルから約１０ミリリットルまでで変動し得る。
【００４４】
ある例では、流体の吸引および排出の後、採取要素は、流体を採取要素の中に吸引することにより洗浄されるか、または再利用の前に採取要素を通るようにシステム流体貯蔵部から流体を流すことにより洗浄され得る。他の例では、採取要素は、１度用いられると、採取プローブから取外されるまたは取出される。たとえば、１つ以上の平行ロッドが、採取プローブ本体の近傍に搭載され得る。当該ロッドは固定されるが、採取プローブは垂直方向に移動され得、採取要素によるロッドの接触の際には、当該採取要素は取出される。いくつかの例では、各採取プローブは、すべての採取要素が同時に取出され得るか、またはすべての採取要素よりも少ない採取要素が取出されるように個々の採取要素が制御され得るように、その近傍に搭載されたそれぞれのロッドを有し得る。ある例では、システム流体がより高速に排出されるように、採取プローブを介するシステム流体の排出に先立って採取要素を取出すのが望ましい場合がある。
【００４５】
ある例に従うと、付加的な構成要素が本願明細書で開示される流体取扱システムに含まれてもよい。付加的な構成要素には、たとえば、動作状態、たとえば超音波センサがオンまたはオフであるかどうかを示す状態ライト、圧力制御システム、グリッパーアーム、および付加的なロボットアームなどが含まれる。たとえば圧力制御システムのような例示的な付加的構成要素は、共通に譲渡される米国特許番号第６，０７９，２８３号、第６，２０３，７５９号、および第６，５３７，８１７号において記載され、これらの各々は参照により本願明細書において援用される。流体取扱システム内に含むための付加的な構成要素は、この開示の利点が与えられた当業者によって容易に選択されるであろう。
【００４６】
ある例に従うと、流体を採取するよう超音波センサを用いる方法が提供される。いくつかの例では、採取プローブから流体表面への距離が求められ、有効な距離だけ採取プローブを流体の中に下げるのに用いられ得る。いくつかの例では、当該距離は、超音波センサから流体容器内の流体の流体表面へ超音波エネルギを与えるとともに、流体表面から反射された超音波エネルギを超音波センサを用いて受け、採取プローブと流体表面との間の距離を判定することにより求められ得る。この距離がわかると、採取プローブは有効距離だけ流体の中に下げられ得、流体容器から採取プローブの中に選択された量の流体を吸引する。吸引の後、当該流体は他の流体容器の中へと排出され得る。
【００４７】
ある実施の形態において、当該方法は、流体容器を受入れるよう構成される表面に超音波エネルギを与え、超音波センサを用いて、反射された超音波エネルギを受取って採取プローブから当該表面への距離を判定するステップを含み得る。このステップは、たとえば、採取プローブが流体容器を受入れるよう設計された表面から離れた距離を判定するのに用いられてもよく、または１つ以上の較正ステップにおいて用いられてもよい。しかしながら、採取プローブの開始または初期位置から当該表面への距離がわかっている場合は、装置は、いかなる超音波計測にも先立ってこの位置に自身をリセットし、このステップは省略され得る。表面への距離がわかっていても、装置がそのゼロ位置から外れないのを確実とするようこのステップを行なうことが望ましい場合がある。いくつかの例では、この方法はさらに、採取プローブに流体結合されるシステム流体貯蔵部からシステム流体を採取プローブを通るように排出するステップをさらに含んでもよい。このようなシステム流体の排出は、たとえば、採取プローブを洗い流すかまたは排出された試料を希釈するのに用いられてもよく、または他の目的のために用いられてもよい。
【００４８】
ある実施例に従うと、炭化水素流体の中に採取プローブが下げられる深さを最小化するよう炭化水素流体を採取する方法が開示される。本願明細書で論じられるように、採取要素の外側表面を炭化水素流体に接触させる程度を最小化するのが望ましい場合がある。なぜならば、炭化水素流体は、採取要素の外側表面に付着または吸収し得るからであり、これにより量が不正確になり、かつ流体取扱システムの精度が減少することに繋がり得る。この採取の例示が図１０Ａおよび図１０Ｂに示される。図１０Ａにおいて、採取プローブ１１１０が、選択した量の流体１１２０を採取プローブ１１１０内に吸引するのに必要とされるよりはるかに深い距離まで流体１１２０内に下げられる。このような下げすぎにより、流体１１２０に接触する採取プローブ１１１０の外側表面の量が増加することになり、これにより流体１１２０が採取プローブ１１１０の外側表面に付着または吸収し得る可能性を増加させる。排出の間、外側表面に付着した流体は、重力または採取プローブの動きにより落下し得る。この落下により、採取された量が不正確になり得る。図１０Ｂを参照して、採取プローブ１１５０は、選択された量が採取プローブ１１５０に吸引され得るように流体１１６０内に最小の距離だけ下げられるとともに、流体１１６０に露出する採取プローブ１１５０の外側表面の量を最小化または低減する。
【００４９】
ある例において、採取プローブ１１５０を流体１１６０の中に下げるのに用いられる厳密な最小距離は、吸引されることになる流体の量により変動し得る。いくつかの例では、流体に接触する外側表面の量を最小限にするように、選択された量の一部を吸引し、次いでさらに流体の中に採取プローブを下げるのが望ましい場合がある。たとえば、約０．２５ｍＬの流体を採取プローブの中に吸引し、採取プローブを下げ、さらに０．２５ｍＬ吸引し、このプロセスを所望の合計量が採取プローブの中に吸引されるまで繰返してもよい。代替的な方法では、採取プローブが下げられる際に流体が連続的に採取プローブ内に引込まれるように、採取プローブは流体が吸引されているときに一定の速度で下げられてもよい。流体に接触する採取プローブの表面の量を最小化または低減しつつ流体を採取する付加的な方法は、この開示の利点を与えられた当業者によって容易に選択されるであろう。
【００５０】
ある例では、炭化水素流体が、採取プローブから当該炭化水素流体表面までの距離を判定することにより採取され得る。当該判定は、超音波センサから流体容器内の炭化水素流体表面に超音波エネルギを与え、当該炭化水素流体表面から反射された超音波エネルギを超音波センサを用いて受取り、これにより採取プローブと炭化水素流体表面との間の距離を求めることによってなされる。これらの計測は、採取プローブにおいて、炭化水素流体から選択された量の流体を吸引するよう、炭化水素流体内に採取プローブを下げる採取距離を判定または計算するのに用いられ得る。採取距離は、採取プローブが炭化水素流体内に下げられる深さを最小化するとともに、選択された量の流体が吸引されるように選択され得る。
【００５１】
ある例に従うと、炭化水素流体を参照して上述したのと同様の方法が、本願明細書において記載された例示的な非粘性および粘性流体のような非粘性および粘性流体の採取のために用いられ得る。
【００５２】
本願明細書で記載される新規な技術をさらに例示するよう、以下にある具体的な実施例を記載する。
【実施例１】
【００５３】
実施例１
マイクロリットルの量の水溶液が、流体取扱システムを用いて採取され得る。当該流体取扱システムは、移動可能支持部に各々取付けられる超音波センサと採取プローブとを含み得る。ポンプが採取プローブに結合され、これにより採取プローブを通って流体を吸引および／または排出する。コントローラが当該超音波センサおよび移動可能支持部に電気的に結合される。超音波センサは超音波エネルギを採取プローブの下の流体に送る。超音波センサはさらに、流体表面から反射されたエネルギを受取るとともに、このようなデータをコントローラに与える。採取プローブと流体表面との間の距離はコントローラによって判別される。採取プローブを好適な距離だけ流体内に下げるよう信号が移動可能支持部に送られる。約１０〜２０マイクロリットルがポンプを用いて採取プローブ内に吸引される。移動可能支持部を上昇、したがって採取プローブを上昇させるよう信号がコントローラによって移動可能支持部に送られる。吸引された流体は、たとえばテストチューブ、スライド、またはウェルプレートといった第２の流体容器の上または中に排出され得る。
【実施例２】
【００５４】
実施例２
基板の上に配置される材料のアレイを作り出すよう流体取扱システムが用いられ得る。当該流体取扱システムは、４つ以上の採取プローブを含み、その各々は自身の超音波センサに結合される。ある構成では、しかしながら、単一の超音波センサが採取プローブのすべてとともに用いられてもよい。複数の超音波センサを有するこの例において、超音波センサの各々および採取プローブの各々が移動可能支持部に結合される。ポンプが各採取プローブに結合され、これにより採取プローブを通って流体を吸引および排出する。コントローラが、超音波センサの各々と移動可能支持部とに電気的に結合される。超音波センサの各々は、そのそれぞれの採取プローブの下の流体に超音波エネルギを送る。超音波センサはさらに、流体表面から反射されたエネルギを受取るとともに、このようなデータをコントローラに与える。各採取プローブと各採取プローブの下の流体の流体表面との間の距離はコントローラによって判定される。好適な距離だけ採取プローブを流体内に下げるよう信号が移動可能支持部に送られる。流体表面への距離が異なる採取プローブについて異なる場合、異なる採取プローブが異なる距離だけ下げられ得るように異なる信号が送られ得る。約１２５〜１５０マイクロリットルが、採取プローブの各々に流体結合されるポンプを用いて、採取プローブの各々に吸引される。移動可能支持部、したがって採取プローブを上昇させるよう、移動可能支持部に信号がコントローラによって送られる。移動可能支持部は、ガラスのスライドまたはマイクロタイタープレートの上に配置され得、各採取プローブからのアリコートが、アレイを提供するようガラスのスライドまたはマイクロタイタープレートの上に排出される。たとえば、５マイクロリットルの９６スポットが各々、ガラスのスライド上に点状に与えられ、これによりたとえば生体分子のアレイといったアレイを提供し得る。代替的なアレイでは、５マイクロリットルがマイクロタイタープレートの各ウェルの中に排出されてアレイを提供する。
【実施例３】
【００５５】
実施例３
各々が超音波センサに結合される８つの採取プローブを含む流体取扱システムが図１１に示される。流体取扱システム１２００は、ロボットアーム１２１０と、各々がそのそれぞれの超音波センサ１２４０〜１２５４を有する複数の採取プローブ１２２０〜１２３４とを含む。当該流体取扱システムはさらに、要素１２７０として集合的に示される流体容器のような流体容器を受入れるよう構成される表面１２６０を含む。採取プローブの各々はさらに、システム流体貯蔵部（図示せず）に流体結合される。
【００５６】
１つの例示において、ロボットアーム１２１０は最初は、表面１２６０の上の「静止」位置に位置決めされる。超音波センサ１２４０〜１２５４は、まず、表面１２６０への距離を検出することによって較正される。静止位置において、超音波センサ１２４０〜１２５４と表面１２６０との間の距離は約１５０ｍｍである。容器１２７０は１４５ｍｍと同じ高さであるか、それよりも大幅に小さくてもよい。この例では、流体容器は、高さが５５ｍｍである口が大きなボトルであってもよい。当該ボトルの各々は、図１２に示されるような試料ラック１３００に配置され得る。流体容器１２７０の各々における流体面は、超音波エネルギを送り、流体容器１２７０内において反射された超音波エネルギを受取ることによって検出される。この例示において、流体容器１２７０は油の試料を含む。流体面の検出の後、採取要素（１ｍＬのピペット先端部）が、当該採取要素への採取プローブ本体の摩擦嵌合を用いて、採取プローブ１２２０〜１２３４に取付けられる。採取プローブ／要素の各々は、当該流体内に好適な距離だけ下げられ、次いで５００マイクロリットルの試料が採取要素の中に吸引される。次いで、ロボットアーム１２１０が採取プローブを上昇させ、列に配置された４つのテストチューブの上に採取プローブを移動させる。次いで、５００マイクロリットルの吸引された流体は当該テストチューブの中に排出され、採取要素が採取プローブから取外される。４．５ｍＬのシステム流体（灯油）が次いで採取プローブを通って各テストチューブ内に排出される。採取プローブは、このシステム流体が各テストチューブ内に排出されると上昇される。システム流体の排出の後、採取プローブ１２２０〜１２３４は、洗浄ステーションの中に漬け込まれ、これによりそれらの表面からいかなる残留流体も取除く。
【００５７】
本願明細書で開示される例の要素を紹介する場合に、「ある（ａ／ａｎ）」、「当該（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」という冠詞は、当該要素が１つ以上存在するということを意味するよう意図される。「備える」、「含む」、および「有する」という用語は、オープンエンドであることを意図し、挙げられた要素以外にも付加的な要素が存在する場合があるということを意味する。この開示の利点が与えられた当業者には、これらの例のさまざまな構成要素が他の例のさまざまな構成要素と交換または置換えられてもよいということを認識するであろう。
【００５８】
ある局面、例、および実施の形態を上で述べてきたが、この開示の利点が与えられた当業者ならば、開示された例示的な局面、例、および実施の形態の付加、置換、修正、および変更が可能であるということを認識するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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