(57)【要約】液面検知機能、または、液滴収集機能と、保冷機能を備え、容器（２２）に収容した試薬や検体などの液体を効率よく使用し、高精度の分析を行う分析装置（１）を提供する。この分析装置（１）は、分注装置（２）と、分注装置（２）に装着する分注チップ（２１）と、分注装置（２）で吸引する液体を内包した容器（２２）と、容器（２２）を保持するホルダ（２３）と、容器の外面を覆う導体（２４）と、分注チップ（２１）と導体（２４）との間の静電容量を検出する制御部（４）、および／または、１対の電極（４１、４２）の間の電界を制御する制御部（４）と、容器（２２）を保冷する保冷装置（６０）を備え、容器（２２）は、より深い位置ほど水平方向の断面積が小さい２つ以上の断面形状（Ｓ１、Ｓ２）を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吸引し吐出する液面検知機能を有する分注機構と、容器収容部と、電極と、分注機構が液体に接触したことを、分注機構と電極との静電容量の変化を計測することで検出する検出部とを有する、分析装置において、  容器収容部は深さ方向に２つ以上の異なる開口形状を有する分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の分析装置において、  電極は、容器収容部における底部に設けられている分析装置。
【請求項３】
請求項２に記載の分析装置において、  電極は、深さ方向の開口形状のうち、最底部に位置する開口形状を覆うように設けられている分析装置。
【請求項４】
請求項１に記載の分析装置において、  電極は、容器収容部にその深さ方向に互いに電気的に独立して設けられている分析装置。
【請求項５】
請求項４に記載の分析装置において、  電極の電界を制御する制御部を有し、  上方から下方に向かって電界を発生させる電極の対を移動させる分析装置。
【請求項６】
請求項１に記載の分析装置において、  容器を収容する保冷装置を備えることを特徴とする分析装置。
【請求項７】
請求項１に記載の分析装置において、  電極は、クッション性を備えた導体性ガスケットであることを特徴とする分析装置。
【請求項８】
請求項１に記載の分析装置において、  容器底部付近の厚みをその他の箇所よりも減少させることを特徴とする分析装置。
【請求項９】
請求項１に記載の分析装置において、  容器底部付近の材質の誘電率をその他の箇所よりも高くすることを特徴とする分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、液体の吸引・吐出を行うための、液面検知機能を備えた分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、容器に収容した液体から所望の液量を吸引するため、液面を検出する液面検出装置において、一対の電極の静電容量の変化に基づいて液面を検出するものがある。このうち、液面を検出するために、例えば分注を行うプローブと、容器外に設置された導体との静電容量の変化を検出する技術が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2011-22041号公報
【特許文献２】特開平8−94642号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  上記特許文献１に開示された液面検出装置において、プローブと対になる電極は、液体を収容する容器の外壁のうち少なくとも底部の外壁を覆うことを特徴としている。しかしながら、プローブによる液体の吸引が繰り返し行われ、容器に収容された液体の量が減少すると、静電容量の変化が小さくなり、液面を検出することが難しくなる。この結果、プローブが液面に接するタイミングや、深さが変化することで、液体の吸引量が正確でなくなる。【０００５】  この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、容器に収容された微量な液体をより正確に吸引するための液面検出機能を備えた分析装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  上記目的を達成するために、本発明の分析装置は、液体を吸引し吐出する液面検知機能を有する分注機構と、容器収容部と、電極と、分注機構が液体に接触したことを、分注機構と電極との静電容量の変化を計測することで検出する検出部とを有する、分析装置において、  容器収容部は深さ方向に２つ以上の異なる開口形状を有する。
【発明の効果】
【０００７】  上記構成によれば、容器に収容された微量な液体をより正確に吸引するための液面検出機能を備えた分析装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】分析装置および分注装置。
【図２】分析装置および分注装置。
【図３】保冷装置。
【図４】保冷装置。
【発明を実施するための形態】
【０００９】  以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】  本発明は、液体を収容し、水平方向の断面積が段階的に変化することを特徴とする容器と、該容器を保持するためのホルダと、該容器の断面積の変化に対して密着するように内側形状を段階的に変化させた電極と、液体を吸引・吐出し、液体と接触する部分が導体である分注装置と、を備えている。
【００１１】  また、本発明は、段階的に断面積が変化する容器は、底部では、断面積が小さくなることを特徴とする。
【００１２】  また、本発明は、容器に接する電極は、容器形状の深さ方向の変化に追随することを特徴とする。
【００１３】  また、本発明は、容器に保存された検体や薬液を保冷するため、保冷機能を備える保冷装置に該容器および液面検出のための該電極を設けることを特徴とする。
【００１４】  また、本発明は、検体や薬液を保持する部材を分割することを特徴とする。
【００１５】  上記構成によれば、液体が収容される容器に対し、液体を吸引するプローブが接近し、液面に触れると、液面検知機能は、該プローブが液面に触れたことを認知し、該プローブが液体に対して必要な深さだけ沈ませて液を吸引することができる。吸引の動作ごとにこの位置関係が再現されることで、吸引量を正確にすることができる。
【００１６】  また、検体や薬液を保冷することで、分析装置での薬液の保存時間を長くし、検体や薬液を効率的に使用することができる。
【００１７】  また、検体や薬液を保持する部材を複数に分割することで、分析装置が自動的に分析するプロセスにおいて、分析に使用中の一群の検体・薬液が保持された部材を、ユーザーが引き出せないように固定し、一方で、分析が終了した一群の検体・薬液が保持された部材をユーザーが引き出すなどして、容器の取除きや、新たな検体・薬液を収容する容器を設置することで、分析装置の自動的な動作を妨げることなく、効率よく分析処理することができる。
【実施例１】
【００１８】  図１には、本発明を構成する、液面検出装置を備えた分析装置１の実施形態が示されている。分析装置１上には、分注装置２に装着する分注チップ２１と、分注装置２で吸引する液体を内包した容器２２と、容器を保持するホルダ２３と、容器２２の外面を覆う導体２４と、を有する。【００１９】  分注装置２は、分注チップ２１を装着するノズル３１と、ノズル３１に連通するシリンジ３２と、シリンジ３２に接続されたプランジャ３３と、プランジャ３３を移動させる移動機構３４とを有する。プランジャ３３の移動機構３４は、ステッピングモータ３５とボールネジ３６の組合せなど、適宜選択することができる。本実施の形態では、液体を吸引および吐出するための圧力の媒体として空気を用いるが、水を連通された流路にみたし、圧力媒体とすることもできる。また、空間上を移動可能なロボットアーム３を備え、ロボットアーム３に固定された分注装置２は分析装置１上を自由に移動することができる。【００２０】  分注装置２はチップ先端から、分注装置２が取り付けられた分析装置１の制御部４まで電気的に接続されており、また、容器２２の外面を覆う導体２４も同様に、分析装置１の制御部４まで電気的に接続されている。【００２１】  分析装置１が、液体を吸引する動作について説明する。分注装置２はロボットアーム３により、標的とする液体を吸引可能な位置に水平移動する。引き続き、分注装置２は垂直方向に下がり、分注チップ２１先端は液面に接触する前は、分注チップ２１と容器２２の外面を覆う導体２４とが対向する電極として作用し、制御部４にて静電容量C1が検出され、記憶装置５に記憶される。分注装置２はさらに降下し、分注チップ２１と液体面が接触すると、分注チップ２１に液体が電気的に接続されるため、液体および分注チップ２１と導体２４の間の静電容量C１はC０に比して増大し、制御部４にてC１を検出し、C０と比較することで、分析装置１は分注装置２が液面に接触したことを認識する。制御部４における、静電容量の変化により液面を検出するための演算方法の態様は、例えば特開平8−94642に記載されている。【００２２】  ここで、分注チップ２１は、カーボンを含有するなどして電気伝導性をもつプラスチックから構成され、吸引する液体の汚染がおこらないように液体の吸引や吐出の合間に交換される。ただし、分注装置２は分注チップ２１を使用しない、電気的に接続された導電性材料からなる、交換されないノズル３１を備えてもよい。【００２３】  分注装置２の分注チップ２１の先端は液面から一定の深さだけ沈められた位置で、液体の吸引を開始する。所望とする液体の量を吸引したときに、分注チップ２１の先端は容器２２に収容された液体の中に、依然として居続けることができるように、分注装置の降下量を制御する。分注装置２が液体を吸引する始終において、分注チップ２１の先端が液体の中にあることで、空気の吸い込みを防止し、正確な吸引・吐出（以下、分注とする）をすることができる。【００２４】  液体を収容する容器２２は、ホルダ２３によって安定に保持される。液面検出装置に使用される導体２４はホルダ２３に固定され、容器２２の外壁に接触するように位置している。導体２４は、たとえば、クッシ���ン性を備えた導電性ガスケットがよく、容器２２を固定した位置で、容器２２の外壁に密着させる。隙間を設けて設置する場合に比較して、対向する電極２２間の距離が縮まるため、分注チップ２１が液面に接触する前後の静電容量の変化を大きくし、検出精度を向上させることができる。また、容器２２を導電性ガスケットに接触されるため、容器２２を抑え込む留め具を設けることで、この効果を確実にすることができる。導体２４や留め具などを容器２２に対して確実に密着させるため、バネなどの弾性体を設けることができる。【００２５】  容器２２は、深さ方向で断面積が段階的に異なる形状を持つことを特徴としている。容器２２は開口部から一定の深さまでは一定の断面形状S1をもち、異なる断面形状を接続するための水平方向の断面積が変化する領域を経て、この領域より深い位置（下方の位置）では、一定の断面形状S2をもち、さらに、V時形状の底部をもつ。ここで、断面形状S1の面積は断面形状S2よりも大きい。【００２６】  容器２２に収容される液体が十分にあるときは、分注チップ２１の先端が液面以下よりも一定深さにある位置を、吸引の前後で確保することができる。分注を繰り返し、液体が減少したときには、仮に断面形状S1からのみなる容器であれば、底面と分注チップが接触し、十分な深さを得ることができない。しかし、本実施例のように、容器が断面形状S1よりも断面積の小さい断面形状S２の領域を持つことで、液体の吸引時に分注チップは液面に対して一定の深さを確保することができる。さらに、底部をV字型とすることで、分注チップ先端が容器２２に接触した状態であっても、分注チップ２１先端との間に液体を吸引するための隙間を確保するため、吸引を終了した時点で、分注チップ２１が液面より一定の深さに居続けることで、吸引量を精度よく再現できるだけでなく、容器２２に残る液体を減らし、効率よく液体を使用することができる。【００２７】  このとき、液体を吸引する始終において、分注チップ２１の先端が液面下にいることで、分析装置にかかる振動により惹起される液面の揺れに対しても耐性をもつことができ、空気の吸い込みによる精度低下を防止することができる。【００２８】  また、容器形状は、2通りの断面形状の組合せのみならず、多数の組合せとすることができる。すなわち、容器の梱包方法や、ホルダの形状等にあわせ、最適化することができる。【００２９】  また、分注チップと容器の水平方向の位置は、ロボットアームの駆動誤差、分注装置のたわみ、分注チップとノズルの取り付け誤差などにより、誤差を含んでいる。分注チップの先端が、分注容器に対して正確な位置に停止できない場合には、分注チップと導体との位置関係が変化し、静電容量の検出に対する誤差となる。このため、容器に分注チップの位置を補正するような形状を設け、誤差を減らすことができる。【００３０】  また、表面積が大きいほど静電容量を大きくすることができる。このため、容器の外壁に接触させえる導体は、容器の外面形状に隙間なく接触するように設置することで、ノイズなどに対する耐性を強固にすることができる。【００３１】  また、液体が十分にある状態に比べ、液体の残量が少ない状態では（例えば、断面形状S2の領域に液面が位置��るような状態をいう）、精度よく吸引するために液面検知の精度がより求められる。液体量が少ないことで、分注チップと液体との電極として作用する表面積が減少し、静電容量の変化量もあわせて減少する。このため、導体は少なくとも、容器の底部付近の形状を覆うように設けることが有効である。【００３２】  さらに、静電容量の変化を大きくするために、容器全体もしくは、より精度のもとめられる底部付近の該領域の容器の厚みを減少させることができる。また、容器全体もしくは、底部付近の該領域の容器の材質を誘電率の高いものとすることができる。【００３３】  また、容器の外面形状に電気的導電性をもつ材料を接着させ、導体として作用させる容器を用いてもよい。ホルダに導体を電気的に接続させる部材を設け、容器をホルダに架設させることで、電極を構成させることができる。ここで部材は、バネ鋼で構成し、容器の導体部分を確実に接触し、導通させることができる。
【実施例２】
【００３４】  実施例１の構成において、容器の外部形状を覆う導体を、容器底部を覆う構造とすることで新たな効果を奏することができる。これを図２で説明する。分注装置の分注チップが容器内部に降下し、分注チップに正電荷を、導体に負電荷をもたせるように電圧を負荷し、電界を発生させる。電荷の正負の組合せは逆でもよく、また、負電荷は接地とすることもできる。液体が水溶液である場合、電界にさらされた溶液は静電気力により捕捉される。ここで、液体が容器の内側に液滴として残留するような場合を想定する。これは例えば、容器に収容された溶液を吸引・吐出していくと、内壁面に液滴４０が付着し、残留することが起こりうる。また、ユーザーが容器を分析装置に設置するために、容器を運ぶときに、または、分析装置に設置するときに、振動や衝撃などで容器に収容した液体が、容器の底に集まらず、内壁面に残ることが起こりうる。容器の開封のための容器の形状は、例えば、蓋を設け、分析装置に架設する際に、蓋をはずす構成が考えられる。他に、プラスチックフィルムやアルミフィルムなどのフィルムで開口部を封止し、分析装置に架設する際にはずす、もしくは、キリで貫通し、分注チップが侵入する穴をつくる構成でも、切れ込みの入ったゴムなどの可塑性材料で構成されたフィルムを設け、分注チップが侵入する構成などが代案として考えられる。【００３５】  分注チップと導体とに溶液を捕捉し、分注チップをさらに降下させる。分注チップと導体からなる電界は、分注チップが降下するに従い、降下し、溶液を下方に落とす効果を生ずる。これにより容器の壁面に付着した溶液は、容器の底に集められ、吸引できないで容器に残る溶液を減らすため、すなわち、液体を効率よく使用することができる。【００３６】  捕捉するための静電気力は、分注チップと導体を結ぶ最短距離で最も強くなる。そのため、導体の位置および大きさは、分注チップと導体との間で、これらの電極間の距離がなるべく小さくなるような位置で、容器の底に集めるべき溶液を捕捉できるように設ける。このため、例えば、冒頭にのべたように、容器の断面形状が2段階からなるような容器において、底部付近のより小さい部分の外面形状に接触するような導体を設置するとよい。これにより底部に溶液が集められ、高精度の吸引を実現することができる。【００３７】  電極を構成し、壁面に付着した溶液を容器の底に集めるための構成として、次のような構造も考えられる。容器の外面形状に電極の列を複数構成する。電極は容器の上方から下方にかけて電気的に互いに独立し、分析装置の制御部に接続されている。制御部の働きにより、それぞれの電極に所望の電圧または接地を付与することができる。【００３８】  上方の電極４１に正電荷を負荷し、その下方に位置する電極４２を接地させ、電極間に電界４６（電気力線を図示）を発生させる。発生した電界に、容器の壁面の溶液は捕捉される。次に、最初に発生した電界を構成する電極の正電荷および接地を解除して、電気的に中立にする。それと同時に、最初に正電荷を負荷した電極４１よりも下方にあり、最初に接地させた電極４２に正電荷を負荷し、さらに下方の電極４３を接地させる。発生した電界は、最初に発生した電界よりも下方���あり、最初に発生した電界により捕捉された溶液を、ひきつける静電気力を発生し、溶液を下方に落とす効果を奏する。このように、電界を発生させる電極の対を下方に移動させていくことで、容器の外壁に付着した溶液は容器の底部に集められ、溶液も無駄を減らすことに貢献する。【００３９】  ここで、液体を容器の底部に集める他の手段として、容器に振動や遠心力を加える機構を選択することもできる。
【実施例３】
【００４０】  実施例１、もしくは実施例２の分析装置について、容器に収容された液体を保冷する構造を追加する実施の形態について説明する。分析装置では、例えば、検体に含まれる標的遺伝子を定量するための手法として、ポリメラーゼ連鎖反応（Polymerase Chain Reaction；以下、ＰＣＲと称する）法を用いたものがある。ＰＣＲ法では、検体と試薬を混合した反応液の温度を予め定められた条件に従って制御することにより、所望の塩基配列を選択的に増幅させることができる。遺伝子増幅のために用いられる試薬に含まれる増幅酵素は、性能を劣化させないために保冷されることが望ましい。保冷温度は、例えば、2℃から8℃の間である。【００４１】  図３を用いて保冷装置６０について説明する。保冷装置は、冷気を内部に保つための筺体６１と、内部を密封するための蓋６２と、容器を保持するためのホルダ６３を備えた引出と、保冷装置に冷気を送るためのクーラー６４から構成される。筺体と、蓋と、クーラーは、その外気と接する部分に断熱効果を高めるために断熱材を備える。また、引出にはホルダで固定された容器の外面形状に接触するように、導体を備えている。導体は、例えば、クッション性を備えた導電性のガスケットが考えられる。ここで、引出と保冷装置は金属部材や導電性プラスチックなどで構成され、さらに、引出と保冷装置の間にクッション性を備えた導電性のガスケットを挟み込むように、引出または保冷装置に設けている。この構造により少なくとも引出が保冷装置に収容された状態で、導体は電気的に接地された状態となる。引出は、保冷装置に収容されたことを検出するフォトインタラプタとドグと、収容されたことをユーザーに認知させるためのLEDランプと、収容されたあと引出を引出すことを防止するためのロック機構とを備える。クーラーは保冷装置内部の空気を冷却するための冷却フィンと、冷却フィンに冷却面を接触し固定したペルチェ素子と、ペルチェ素子の放熱面に設置され放熱するための放熱フィンと、放熱フィンを放熱するためのモーターファンと、冷却した保冷装置内部の空気を保冷装置に循環させるためのモーターファンと、冷却フィンで発生した結露を排出するためのドレンとを備えている。保冷装置の容器を収容する空間と、クーラーの空気を冷却する空間とは連通し、クーラーで冷却された冷風は保冷装置の容器を収容する空間に送られ、保冷装置の該空間で温められた空気は、再びクーラーに戻り冷却される。保冷装置は温度センサを備え、制御部により温度センサの出力値に基づいて、クーラーの出力を制御し、保冷装置の内部を所望の温度に保つ。【００４２】  保冷装置は、分注装置の分注チップが収容された容器から液体を分注するための開口部６５と、蓋と、蓋をスライドさせる機構６７とを備えている。該開口部は、収容する液体の分注が行われない間は、液体を保冷し、液体の蒸発と、乾燥を低減するため、蓋が適正な位置（以下、ホームポジション）にあり、開口部を密封する。一方で、分析装置が所定の分析項目を処理するために使用を設定された液体を分注する際には、蓋がスライドし、対応する開口部を開放し、分析装置が降下し、所望の液体を吸引し、分析装置は上昇し、次の工程に従い、液体を処理する。蓋は、保冷装置の筺体と接触する部分に保冷装置を密封するためのパッキンと、蓋をスライドさせるためのベアリングからなるガイド６８を備える。ガイドは、蓋がホームポジションにあるとき垂直下方へのストロークを生ずるくさび型形状と、蓋を下方に押しつける板バネ６９とを備えており、蓋がホームポジションに移動すると、パッキンが保冷装置との間で適当な厚みにつぶれ、密封の効果を向上させている。保冷装置の開口部の上面は、開口部の周を縁取りする出張り形状をもち、蓋のパッキンとの接触面積と反発力とを低減し、パッキンのつぶれ量をふやすことで、密封の効果を向上させている。【００４３】  蓋および保冷装置の上面には、結露水を蒸散させるためのフェルトシート７０を張り付けており、開口部から結露水が侵入することを防止している。【００４４】  ここで、蓋と保冷装置の間に微小な隙間と、クーラーに吸気口とを設け、保冷装置の冷気が、蓋と保冷装置の隙間から吹き出す構造とすることができる。これにより、開口部付近での結露が発生することを防止することができる。【００４５】  引出は、予め設定された試薬や検体を収容できるように、ホルダが構成されている。引出は複数設けることができ、例えば、引出AおよびBには検体収容する容器を設置できるようにし、引出CおよびDには試薬を収容する容器を設置できるものとする。分析装置は、ユーザーが所望する分析を実施するために、引出A設置した検体と、引出Cに設置した試薬とを分注装置を作動させて、混合液を生成し、分析するという動作を自動で実施する。分析装置がこの分析を処理している間に、新たに分析の依頼が生じた場合には、引出Bに新たな検体を、また、引出Dに新たな試薬を設置し、制御部を通じて所定の分析を依頼することができる。分析装置の分析は、混合液の生成と、閉栓装置による閉栓と、混合装置による混合と、分析などの工程を予め決められた順序に従って、処理される。分析は、例えばPCR法であれば、混合液を温度調節し、蛍光強度の変化を検出する工程が該当する。本構成によれば、分析が処理されている間に、新たに依頼された分析の処理を開始することができ、分析装置でそれぞれの処理工程を実施するユニットを効率よく使用し、分析装置の分析効率を向上させることができる。【００４６】  このように、分析装置に保冷機能を備えることで、分析性能の向上と、分析装置に一度架設された試薬をより長い時間使用することができ、効率的に分析することができる。【００４７】  ここで、引出の数や構成、架設することができる検体や試薬の組合せは、装置の目的に従って最適な組み合わせを選択して構成することができる。
【符号の説明】
【００４８】１…分析装置、２…分注装置、３…ロボットアーム、４…制御部、５…記憶装置、２１…分注チップ、２２…容器、２３…ホルダ、３１…ノズル、３２…シリンジ、３３…プランジャ、３４…プランジャ移動機構、３５…ステッピングモータ、３６…ボールネジ、４１…電極、４２…電極、４３…電極、４６…電界、６０…保冷装置、６１…筐体、６２…蓋、６３…ホルダ、６４…クーラー、６５…開口部、６７…蓋の開閉機構、６８…ガイド、６９…板バネ、７０…フェルトシート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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