(57)【要約】  分注チップ装着用ヘッド装置は、ピストン部材と、前記ピストン部材が係合され、該ピストン部材を上下方向に移動させる第１軸部材と、前記ピストン部材を上下方向に移動可能に収容するシリンダ空間を含む筒状空間を備え、前記分注チップの基端部が嵌め込まれるチップ装着部を下端に備えた筒状ロッドと、前記第１軸部材及び前記筒状ロッドが搭載される第１フレームと、前記第１フレームが係合され、該第１フレームを上下方向に移動させる第２軸部材と、前記第２軸部材が搭載され、前記第１フレームの上下方向の移動に伴う前記筒状ロッドの上下方向の移動をガイドするガイド部を備える第２フレームと、前記第１軸部材及び前記第２軸部材の動作を制御する軸制御部と、を備える。
2015193958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を含む液体の吸引、及び前記吸引した液体の吐出を行う分注チップが装着されるヘッド装置であって、
ピストン部材と、
前記ピストン部材が係合され、該ピストン部材を上下方向に移動させる第１軸部材と、
前記ピストン部材を上下方向に移動可能に収容するシリンダ空間を含む筒状空間を備え、前記分注チップの基端部が嵌め込まれるチップ装着部を下端に備えた筒状ロッドと、
前記第１軸部材及び前記筒状ロッドが搭載される第１フレームと、
前記第１フレームが係合され、該第１フレームを上下方向に移動させる第２軸部材と、
前記第２軸部材が搭載され、前記第１フレームの上下方向の移動に伴う前記筒状ロッドの上下方向の移動をガイドするガイド部を備える第２フレームと、
前記第１軸部材及び前記第２軸部材の動作を制御する軸制御部と、を備え、
前記軸制御部は、
前記分注チップが前記チップ装着部に装着された状態において、
ピストン部材の上下方向への移動によって、前記分注チップによる前記液体の吸引及び吐出が行われるよう前記第１軸部材を制御する第１制御と、
前記第１フレームの上方向への移動によって、前記ガイド部と前記分注チップの基端部とを干渉させ、前記チップ装着部から前記分注チップを離脱させるよう前記第２軸部材を制御する第２制御と、を実行する分注チップ装着用ヘッド装置。
【請求項２】
請求項１に記載の分注チップ装着用ヘッド装置において、
前記筒状ロッドは、円筒形状を備え、
前記ガイド部は、前記筒状ロッドの外径よりも僅かに大きい内径を有するガイド凹部を備えたアーム部材であり、
前記第２制御の際、前記アーム部材の下端面と前記分注チップの基端部の上端縁とが干渉することで、前記チップ装着部から前記分注チップが離脱される、分注チップ装着用ヘッド装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の分注チップ装着用ヘッド装置において、
前記筒状ロッドは、
前記シリンダ空間を備えるロッド本体部と、
前記ロッド本体部の下端に着脱可能に装着され、内部に前記シリンダ空間に連通する筒状空間を備えると共に、外周面に前記チップ装着部を備えた交換部と、
を具備する、分注チップ装着用ヘッド装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の分注チップ装着用ヘッド装置において、
前記第１軸部材は、上下方向に延びる第１ねじ軸と、該第１ねじ軸に係合される第１ナット部材とを含む第１ボールねじ装置であり、
前記ピストン部材は、
前記第１ナット部材に固定される係合部を備えた上端部と、
周面にシール部材を備えた下端部と、
前記上端部と前記下端部との間の部分であって、前記第１ねじ軸を収容する収容空間を内部に備えた中間部と、
を具備する、分注チップ装着用ヘッド装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の分注チップ装着用ヘッド装置において、
前記第２軸部材は、上下方向に延びる第２ねじ軸と、該第２ねじ軸に係合される第２ナット部材とを含む第２ボールねじ装置であって、
前記第１フレームは、前記第２ナット部材に固定されている、分注チップ装着用ヘッド装置。
【請求項６】
請求項５に記載の分注チップ装着用ヘッド装置において、
前記第２フレームは、
前記第１フレームの上下方向の移動をガイドするガイドレールが取り付けられる縦フレームと、
前記縦フレームの下端に取り付けられ、前記第２ねじ軸の下端の軸受け部と、前記筒状ロッドを貫通させる貫通孔とを備え、前記ガイド部が組み付けられる横フレームと、
を備える、分注チップ装着用ヘッド装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の分注チップ装着用ヘッド装置と、
対象物を貯留する第１容器と、
対象物を受け入れる第２容器と、
前記ヘッド装置を前記第１容器と前記第２容器との間において水平方向に移動させるヘッド移動機構と、を備える移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば細胞凝集塊のような対象物を含む液体の吸引、及び前記吸引した液体の吐出を行う分注チップが装着されるヘッド装置、及びこれを用いた対象物の移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞に関連する研究を行う施設では、多量の細胞凝集塊が分散された細胞培養液を貯留するチューブから、適量の細胞培養液を採取し、他のディッシュに移動させる分注作業が行われる。この作業の際には、細胞培養液をチューブから吸引し、他のディッシュに吐出する分注チップが用いられる。前記ディッシュでは、例えば、各種サイズの細胞凝集塊や夾雑物を含む細胞培養液から、所望のサイズの細胞凝集塊を選別するための作業が行われる。【０００３】
特許文献１には、細胞凝集塊を移動対象物とし、吸引チップ（マイクロピペット）を用いて分注用ウェルから前記細胞凝集塊を吸引し、これを細胞シャーレに吐出させる技術が開示されている。細胞凝集塊は、液体中に保持されており、前記吸引の際には前記吸引チップの先端開口部が前記液体中に浸漬される。このため、吸引チップは、１回の吸引及び吐出を終えた後、廃棄処分とせねばならない場合がある。【０００４】
対象物の移動作業において、前記分注チップを用いた対象物の吸引及び吐出を含む一連の動作を高度に自動化する要請がある。しかし、現状では、上記分注チップを手動操作するか、或いは吸引力の発生機構だけを分注チップに付設する程度の自動化しか進んでいない。従って、上記移動作業の作業効率は、現状において良いと言うことはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３４０１３号公報
【発明の開示】
【０００６】
本発明の目的は、分注チップを用いた対象物の吸引、及び前記吸引した対象物の吐出の作業を高度に自動化できるヘッド装置、及びこれを用いた対象物の移動装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の一局面に係る分注チップ装着用ヘッド装置は、対象物を含む液体の吸引、及び前記吸引した液体の吐出を行う分注チップが装着されるヘッド装置であって、ピストン部材と、前記ピストン部材が係合され、該ピストン部材を上下方向に移動させる第１軸部材と、前記ピストン部材を上下方向に移動可能に収容するシリンダ空間を含む筒状空間を備え、前記分注チップの基端部が嵌め込まれるチップ装着部を下端に備えた筒状ロッドと、前記第１軸部材及び前記筒状ロッドが搭載される第１フレームと、前記第１フレームが係合され、該第１フレームを上下方向に移動させる第２軸部材と、前記第２軸部材が搭載され、前記第１フレームの上下方向の移動に伴う前記筒状ロッドの上下方向の移動をガイドするガイド部を備える第２フレームと、前記第１軸部材及び前記第２軸部材の動作を制御する軸制御部と、を備え、前記軸制御部は、前記分注チップが前記チップ装着部に装着された状態において、ピストン部材の上下方向への移動によって、前記分注チップによる前記液体の吸引及び吐出が行われるよう前記第１軸部材を制御する第１制御と、前記第１フレームの上方向への移動によって、前記ガイド部と前記分注チップの基端部とを干渉させ、前記チップ装着部から前記分注チップを離脱させるよう前記第２軸部材を制御する第２制御と、を実行する。
【０００８】
本発明の他の局面に係る移動装置は、上記の分注チップ装着用ヘッド装置と、対象物を貯留する第１容器と、対象物を受け入れる第２容器と、前記ヘッド装置を前記第１容器と前記第２容器との間において水平方向に移動させるヘッド移動機構と、を備える。
【０００９】
本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るヘッド装置の外観を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１の要部を拡大した斜視図である。
【図３】図３は、ヘッド装置の側断面図である。
【図４】図４は、前記ヘッド装置の斜視図であって、ヘッド（筒状ロッド）がＺ軸方向に上昇している状態を示す図である。
【図５】図５は、前記ヘッド装置の斜視図であって、ヘッドがＺ軸方向に下降している状態を示す図である。
【図６】図６は、分注チップの断面図である。
【図７】図７（Ａ）は、前記分注チップによる細胞培養液の吸引動作を、図７（Ｂ）は吐出動作をそれぞれ示す模式図である。
【図８】図８（Ａ）〜（Ｄ）は、ヘッドへの分注チップの着脱動作を説明するための斜視図である。
【図９】図９は、ピストン部材が上昇している状態のヘッド装置を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、図９の状態のヘッド装置の断面図である。
【図１１】図１１は、ピストン部材が下降している状態のヘッド装置を示す斜視図である。
【図１２】図１２は、図１１の状態のヘッドの断面図である。
【図１３】図１３は、ガイド部によって分注チップがヘッドから離脱される直前の状態を示す斜視図である。
【図１４】図１４は、ヘッド装置の制御構成を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、上記ヘッド装置が適用される、細胞移動装置の斜視図である。
【図１６】図１６は、ヘッドユニットの斜視図である。
【図１７】図１７は、前記細胞移動装置における、細胞移動ラインの構成要素を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る分注チップ装着用ヘッド装置１の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。この実施形態においては、分注チップによる吸引及び吐出の対象物が生体由来の細胞、特に細胞凝集塊を含む細胞培養液である場合について説明する。なお、液体は細胞培養液に限られるものではなく、各種の対象物を含む医療用液体、食品産業用液体、工業用の液体等であっても良い。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態に係るヘッド装置１の外観を示す斜視図、図２は、図１の要部を拡大した斜視図、図３は、ヘッド装置１の側断面図である。ヘッド装置１は、細胞凝集塊を含む細胞培養液（対象物を含む液体）の吸引、及び吸引した細胞培養液の吐出を行う分注チップ８０が装着される装置である。ヘッド装置１は、第１ボールねじ装置１０（第１軸部材）と、第１ボールねじ装置１０によって上下方向（Ｚ方向）に移動されるピストン部材１４と、分注チップ８０が装着されるヘッド１５（筒状ロッド）と、第１ボールねじ装置１０及びヘッド１５が搭載される第１フレーム２１と、第１フレーム２１を上下方向に移動させる第２ボールねじ装置３０（第２軸部材）と、第２ボールねじ装置３０が搭載される第２フレーム２２とを備えている。
【００１３】
第１ボールねじ装置１０は、ピストン部材１４が係合され、該ピストン部材１４を上下方向に移動させる。第１ボールねじ装置１０は、Ｚ方向に配置された、第１モータ１１、カップリング１１１、上端軸受け１１２、第１ねじ軸１２及び第１ナット部材１３を含む。第１モータ１１は、第１ねじ軸１２を軸回りに正回転及び逆回転させる回転駆動力を発生するモータである。カップリング１１１は、第１モータ１１の出力軸と第１ねじ軸１２の上端とを連結する部材である。上端軸受け１１２は、第１ねじ軸１２の上端を回転自在に支持する。第１ねじ軸１２は、Ｚ方向に延び、周面に雄ねじが刻まれている。第１ナット部材１３は、雌ねじを内面に有し、第１ねじ軸１２に係合されている。第１ねじ軸１２が正回転又は逆回転することで、第１ナット部材１３は上方（＋Ｚ）又は下方（−Ｚ）に移動する。ピストン部材１４は、この第１ナット部材１３に係合される。
【００１４】
ピストン部材１４は、Ｚ方向に長い部材であって、上端部１４１と、下端部１４３と、上端部１４１と下端部１４３との間の中間部１４２とを有する部材である。図３の要部拡大断面図である図１０も参照して、上端部１４１は、中間部１４２及び下端部１４３に比べて径大の円筒状部分であり、その内周面に第１ナット部材１３に固定される係合部（ねじ部）を備えている。第１ナット部材１３は、−Ｚ側に筒状部と、＋Ｚ側にフランジ部とを備える。前記筒状部が上端部１４１の筒内に嵌め込まれ、前記フランジ部が上端部１４１の上面で保持された状態で、第１ナット部材１３は上端部１４１ねじ止めされている。これにより、ピストン部材１４は、第１ナット部材１３の上下方向の移動に連動して、上下方向に移動する。
【００１５】
下端部１４３は、次述のヘッド１５のシリンダ空間１５Ｈに収容される円柱状部分であり、その周面にシール部材１４４が備えられている。シール部材１４４は樹脂製のシールリングであり、ピストン部材１４の下端面付近の周面に設けられたシール溝に嵌め込まれている。中間部１４２は、下端部１４３と同じ外径を有する円筒状部分であり、その内部に第１ねじ軸１２を収容する収容空間１４Ｈを内部に備えている。収容空間１４Ｈは、Ｚ方向に延びる円柱空間であり、第１ねじ軸１２の外径よりもやや大きい内径を備えている。第１ナット部材１３が下方に移動した状態（図１及び図２）では、第１ねじ軸１２は収容空間１４Ｈに比較的浅く嵌り込む（図１２も参照）。一方、第１ナット部材１３が上方に移動した状態（図３及び図１０）では、第１ねじ軸１２は収容空間１４Ｈに比較的深く嵌り込む。
【００１６】
ヘッド１５は、第１フレーム２１に固定され、ピストン部材１４対しては不動の円筒状部材である。ヘッド１５は、上下方向に連なる第１部分１５１及び第２部分１５２を含むヘッド本体部１５０（ロッド本体部）と、このヘッド本体部１５０の下端に着脱可能に装着される交換部１５３とを備えている。
【００１７】
第１部分１５１は、ピストン部材１４の下端部１４３を上下方向に移動可能に収容するシリンダ空間１５Ｈを内部に備えている。シリンダ空間１５Ｈは、下端部１４３の外径よりもやや大きい内径を有する円柱空間である。シール部材１４４は、シリンダ空間１５Ｈを区画する第１部分１５１の内壁面に密に摺接する。第２部分１５２は、シリンダ空間１５Ｈに連通し、シリンダ空間１５Ｈよりも小さい内径の筒状空間１５２Ｈを内部に備えている。交換部１５３は、筒状空間１５２Ｈ及びシリンダ空間１５Ｈに連通する筒状空間１５３Ｈを内部に備えており、その上端が第２部分１５２の下端にねじ接続される。交換部１５３の下端付近の外周面は、分注チップ８０が嵌め込み装着されるチップ装着部１５３Ａである（図６参照）。
【００１８】
第２ボールねじ装置３０は、第１ボールねじ装置１０及びヘッド１５が搭載された第１フレーム２１を、上下方向に移動させるための軸部材である。第２ボールねじ装置３０は、Ｚ方向に配置された、第２モータ３１、カップリング３１１、上端軸受け３１２、第２ねじ軸３２及び第２ナット部材３３を含む。
【００１９】
第２モータ３１は、第２ねじ軸３２を軸回りに正回転及び逆回転させる回転駆動力を発生するモータである。カップリング３１１は、第２モータ３１の出力軸と第２ねじ軸３２の上端とを連結する部材である。上端軸受け３１２は、第２ねじ軸３２の上端を回転自在に支持する。第２ねじ軸３２は、Ｚ方向に延び、周面に雄ねじが刻まれている。第２ナット部材３３は、雌ねじを内面に有し、第２ねじ軸３２に係合されている。第２ねじ軸３２が正回転又は逆回転することで、第２ナット部材３３は上方（＋Ｚ）又は下方（−Ｚ）に移動する。第１フレーム２１は、第２ナット部材３３に固定されている。
【００２０】
第１フレーム２１は、ヘッド１５を固定的に保持する役目、第２ナット部材３３と連動することでヘッド１５を上下方向に移動させる役目、及び第１ボールねじ装置１０を保持する役目を果たす。第１フレーム２１は、主フレーム部２１１、主フレーム部２１１の下方から−Ｘ方向に突出した下フレーム部２１２、主フレーム部２１１の上方から−Ｘ方向に突出した上フレーム部２１３、主フレーム部２１１の＋Ｘ方向側面に配置された被ガイド部２１４を備えている。
【００２１】
主フレーム部２１１は、図１０に示すように、第２ねじ軸３２を上下方向に貫通させる孔を備えている。主フレーム部２１１の上端には、第２ナット部材３３を保持するための保持孔２１１Ａが形成されている。第２ナット部材３３は、−Ｚ側に筒状部と、＋Ｚ側にフランジ部とを備える。前記筒状部が保持孔２１１Ａに嵌め込まれ、前記フランジ部が主フレーム部２１１の上面で保持された状態で、第２ナット部材３３は主フレーム部２１１にねじ止めされている。これにより、第１フレーム２１は、第２ナット部材３３の上下方向の移動に連動して、上下方向に移動する。
【００２２】
下フレーム部２１２は、ヘッド１５の上端部を固定的に保持するための部位である。下フレーム部２１２の−Ｘ側の側面には、ヘッド１５の＋Ｘ側の半面を収容できる断面半円状の縦溝が設けられている。ヘッド１５の−Ｘ側の半面には、同様な断面半円状の縦溝を備えた保持ピース２１５が添設されている。下フレーム部２１２及び保持ピース２１５の前記縦溝によってヘッド１５の上端部を挟んだ状態で、下フレーム部２１２が保持ピース２１５に対してねじ止め固定されることによって、ヘッド１５は第１フレーム２１に固定されている。
【００２３】
上フレーム部２１３は、ピストン部材１４の中間部１４２を上下方向に貫通させる孔を備えている。上フレーム部２１３の−Ｘ側の端部からは、第１ボールねじ装置１０を保持するための保持フレーム２３が立設されている。保持フレーム２３は、図２に示すように、垂直フレーム２３１と、垂直フレーム２３１の上端から＋Ｘ方向に突設された上段フレーム２３２及び下段フレーム２３３とを含む。垂直フレーム２３１には、上下方向に延びるガイドレール２３４（図１０）が取り付けられている。このガイドレール２３４には、ピストン部材１４の上端部１４１に付設された被ガイド部１４５が係合されている。ピストン部材１４は、第１ナット部材１３が上下動するとき、ガイドレール２３４にガイドされつつ上下動する。上段フレーム２３２には、第１モータ１１が固定されている。下段フレーム２３３には、上端軸受け１１２が固定されている。
【００２４】
第２フレーム２２は、第２ボールねじ装置３０を保持する役目、第１フレーム２１の上下方向の移動をガイドする役目、及びヘッド１５の上下方向の移動をガイドする役目を果たす。第２フレーム２２は、縦フレーム２２１と、縦フレーム２２１の下端２２４から−Ｘ方向に突設された横フレーム２２５と、横フレーム２２５の下面から−Ｚ方向に突設されたアーム部材２４（ガイド部）とを備えている。
【００２５】
縦フレーム２２１は上下方向に延びる矩形のフレームであり、その−Ｘ側の側面には上下方向に延びるガイドレール２２２が取り付けられている。ガイドレール２２２には先述の第１フレーム２１の被ガイド部２１４が嵌め込まれている。これにより、第１フレーム２１は、第２ボールねじ装置３０の駆動時においてガイドレール２２２に沿ってガイドされつつ、上下方向に移動することができる。縦フレーム２２１の上端２２３には、上端軸受け３１２を保持するＬ字フレーム２２６が取り付けられている。Ｌ字フレーム２２６の上端には、第２モータ３１を保持するための保持フレーム２２７が固定されている。
【００２６】
横フレーム２２５は、Ｘ方向に延びる矩形のフレームであり、第２ねじ軸３２の下端を回転自在に支持する軸受け部２５１と、ヘッド１５を上下方向に貫通させる貫通孔２５２とを備える。第１フレーム２１と共にヘッド１５が上下方向に移動する際、貫通孔２５２の内壁面によってヘッド１５の揺動が規制される。横フレーム２２５の下面には、アーム部材２４がねじ２５３（図１０）によって組み付けられている。
【００２７】
アーム部材２４は、第１フレーム２１の上下方向の移動に伴うヘッド１５（ヘッド本体部１５０）の上下方向の移動をガイドする。また、アーム部材２４は、ヘッド１５に装着された分注チップ８０を当該ヘッド部１５から離脱させるための機能も果たす。この点については、後記で詳述する。アーム部材２４は、−Ｘ方向に開口したＵ字型のガイド凹部２４１を備えたガイド板２４２と、垂直アーム２４３とを備えている。
【００２８】
ガイド板２４２は、水平方向に延びる板材である。ガイド凹部２４１のＹ方向の開口幅、及びＵ字型開口の底部の半円面は、円筒形状を有するヘッド１５の外径よりも僅かに大きい幅、及び内径を有している。従って、ガイド凹部２４１をヘッド１５に対して側方から嵌め込むことができる。垂直アーム２４３は、横フレーム２２５の下面から下方向に突出する板材である。ガイド板２４２の＋Ｘ方向端部が、垂直アーム２４３の下端面に、ねじ２５３にて固定されている。ねじ２５３は、ガイド板２４２及び垂直アーム２４３を下から上方向に貫通し、横フレーム２２５の下面に形成されたねじ孔に螺合されている。
【００２９】
図４は、ヘッド装置１の斜視図であって、ヘッド１５が＋Ｚ方向に上昇している状態を示す図である。この状態では、第２ボールねじ装置３０の駆動によって、第１フレーム２１が、第２フレーム２２に対して相対的に上昇される。すなわち、第１フレーム２１は、ガイドレール２２２に沿った可動域の＋Ｚ上限付近に位置している。これに伴い、第１フレーム２１に保持されている第１ボールねじ装置１０及びヘッド１５も上昇した状態となる。図４では、第１モータ１１の給電ケーブルを保護する屈曲保護部材２５を付記している。屈曲保護部材２５は上方に向けて凸に湾曲した部分であり、第１フレーム２１の上下動に追従して変形する。
【００３０】
ヘッド１５の上昇によって、ヘッド１５の下端に装着されている分注チップ８０のＺ方向高さ位置も上昇している。具体的には、分注チップ８０の上端がアーム部材２４の下方直近に位置している状態である。このような高さ位置に分注チップ８０が配置されるのは、例えば、細胞凝集塊が分散された細胞培養液の吸引を終え、吐出先となるディッシュの配置位置までヘッド装置１がＸＹ方向に移動される際である。
【００３１】
図５は、ヘッド１５が−Ｚ方向に下降している状態を示す図である。この状態では、第２ボールねじ装置３０の駆動によって、第１フレーム２１は、ガイドレール２２２に沿った可動域の−Ｚ下限付近に位置し、第２フレーム２２の横フレーム２２５に近接した状態となる。これに伴い、第１ボールねじ装置１０及びヘッド１５も下降した状態となる。ヘッド１５は、横フレーム２２５から大きく下方に突出した状態に至る。
【００３２】
ヘッド１５の下降によって、分注チップ８０のＺ方向高さ位置も下降する。このような下降位置に分注チップ８０が配置されるのは、例えば、分注チップ８０にて細胞培養液を貯留するチューブから細胞培養液を吸引する際、或いは、吸引した細胞培養液を、他のディッシュに吐出する際である。
【００３３】
続いて、本実施形態のヘッド１５に装着される分注チップ８０について説明する。図６は、ヘッド１５に装着された状態の分注チップ８０の断面図である。分注チップ８０は、細長いチューブ状の部材であり、ヘッド１５（交換部１５３）に嵌め込まれる基端部８１と、細胞培養液を吸引及び吐出する開口８０Ｔを下端縁に備えた先端部８２と、両者の間に延在する中間部８３とを含む。中間部８３は、基端部８１側から先端部８２側に向けて、外径が徐々に縮小するテーパ形状を備えている。なお、基端部８１の内部にエアーフィルターが組み込まれていても良い。分注チップ８０は、交換部１５３のチップ装着部１５３Ａに対して装着及び取り外しが可能である。チップ装着部１５３Ａは、交換部１５３の下端付近の外周面である。
【００３４】
分注チップ８０の内部には、対象物を含む液体を収容することが可能な管状空間８０Ｈが備えられている。この管状空間８０Ｈは、ヘッド１５の交換部１５３内の筒状空間１５３Ｈ、第２部分１５２内の筒状空間１５２Ｈ、及び第１部分１５１内のシリンダ空間１５Ｈと連通している。従って、ピストン部材１４の上方への移動によって管状空間８０Ｈには吸引力が発生し、ピストン部材１４の下方への移動によって管状空間８０Ｈには吐出力が発生する。分注チップ８０は、前記吸引力が与えられることで開口８０Ｔから細胞培養液を吸引する一方、前記吐出力を与えられることで吸引した細胞培養液を開口８０Ｔから吐出する。
【００３５】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、分注チップ８０による細胞凝集塊Ｃを含む細胞培養液Ｌｍの吸引及び吐出動作を模式的に示す図である。ここでは、分注チップ８０にて、第１容器Ｃ１に貯留されている細胞培養液Ｌｍ（細胞凝集塊Ｃ）を吸引し、第２容器Ｃ２に吸引した細胞培養液Ｌｍを吐出するケースを例示している。図７（Ａ）は、分注チップ８０が第１容器Ｃ１から細胞培養液Ｌｍを吸引する吸引動作を、図７（Ｂ）は、吸引した細胞培養液Ｌｍを分注チップ８０が第２容器Ｃ２に吐出する吐出動作をそれぞれ示している。
【００３６】
図７（Ａ）の吸引動作が行われる際、先ず、第１容器Ｃ１の上空に分注チップ８０が位置するように、ヘッド装置１の位置合わせが行われる。その後、第２ボールねじ装置３０の駆動によって、図５に示すようにヘッド１５が下降される。この下降は、分注チップ８０の下端の開口８０Ｔが、第１容器Ｃ１に貯留されている細胞培養液Ｌｍの液面下に至るまで行われる。しかる後、第１ボールねじ装置１０の駆動によってピストン部材１４が上昇され、管状空間８０Ｈに吸引力が発生される。この吸引力によって、開口８０Ｔの付近には矢印ａ１で示す吸引液流が生じ、管状空間８０Ｈに細胞培養液Ｌｍが吸引される。図中の符号Ｌｍａは、管状空間８０Ｈに吸引された細胞培養液を示している。この吸引動作の後、第２ボールねじ装置３０の駆動によって、図４に示すようにヘッド１５が上昇される。
【００３７】
図７（Ｂ）の突出動作が行われる際、第２容器Ｃ２の上空に分注チップ８０が位置するように、ヘッド装置１がＸＹ方向に移動される。その後、第２ボールねじ装置３０の駆動によりヘッド１５が下降される。この下降は、分注チップ８０の開口８０Ｔが、第２容器Ｃ２のキャビティ内へ進入するまで行われる。しかる後、第１ボールねじ装置１０の駆動によってピストン部材１４が下降され、管状空間８０Ｈに吐出力が発生される。この吸引力によって、管状空間８０Ｈに保持されていた細胞培養液Ｌｍａは、開口８０Ｔから矢印ａ２で示すように吐出され、第２容器Ｃ２に細胞培養液Ｌｍが貯留される。
【００３８】
本実施形態では、分注チップ８０のヘッド１５への装着動作及びヘッド１５からの離脱動作も自動化されている。図８（Ａ）〜（Ｄ）は、ヘッド１５（交換部１５３）のチップ装着部１５３Ａへの分注チップ８０の着脱動作を説明するための斜視図である。
【００３９】
分注チップ８０のチップ装着部１５３Ａへの装着時、図８（Ａ）に示す通り、ヘッド１５が立設状態にある１つの分注チップ８０の上空に位置合わせされる。そして、第２ボールねじ装置３０の駆動によりヘッド１５が下降される。この下降により、図８（Ｂ）に示すように、ヘッド１５のチップ装着部１５３Ａが分注チップ８０の基端部８１に嵌り込む。図８（Ｃ）は、分注チップ８０が装着されたヘッド１５が、第２ボールねじ装置３０の駆動により上昇された状態を示している。
【００４０】
分注チップ８０による細胞培養液の吸引及び吐出動作時には、第２ボールねじ装置３０は分注チップ８０を図８（Ｃ）の状態よりもさらに上方に引き上げることはない。しかし、分注チップ８０のチップ装着部１５３Ａからの取り外し時には、図８（Ｄ）に示すように、ヘッド１５がさらに上方に引き上げられる。ヘッド１５のさらなる引き上げが進むと、ガイド板２４２の下端面と分注チップ８０の上端縁とが干渉するようになる。前記干渉によって分注チップ８０は徐々にチップ装着部１５３Ａから外されて行き、最終的には分注チップ８０はチップ装着部１５３Ａから離脱する。
【００４１】
以下、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示した、分注チップ８０による液体（細胞培養液Ｌｍ）の吸引及び吐出動作を実現するための詳細構成について、図９〜図１２に基づき説明する。図９は、図７（Ａ）に示した吸引動作のために、ピストン部材１４が上昇している状態のヘッド装置１を示す斜視図、図１０は、図９の状態のヘッド装置１の断面図である。図１１は、図７（Ｂ）に示した吐出動作のために、ピストン部材１４が下降している状態のヘッド装置１を示す斜視図、図１２は、図１１の状態のヘッド装置１の断面図である。
【００４２】
図９及び図１０を参照して、前記吸引動作時には、第１ナット部材１３が上方に移動するように、第１ねじ軸１２が第１モータ１１によって回転駆動される。このときの第１フレーム２１は、その移動範囲の最下位置に設定され、不動とされる。第１ナット部材１３が上昇すると、この第１ナット部材１３に固定されているピストン部材１４も一体的に上昇する。この際、ピストン部材１４の収容空間１４Ｈは、第１ねじ軸１２の逃がし孔として機能する。上端部１４１の筒内空間を含めた収容空間１４ＨのＺ方向の長さは、第１ねじ軸１２よりもやや長目に設定されている。図９及び図１０では、第１ナット部材１３が、第１ねじ軸１２に沿った移動可能範囲内において最も上方に移動している状態を示している。この状態では、第１ねじ軸１２は収容空間１４Ｈに深く嵌り込み、第１ねじ軸１２の下端１２Ｂと収容空間１４Ｈの底面１４６との間隔は最短となる。
【００４３】
このようにピストン部材１４が上昇されても、ヘッド１５は第１フレーム２１に固定的に保持されているため不動である。このため、第１ナット部材１３の上昇に伴って、ピストン部材１４の下端部１４３は、シリンダ空間１５Ｈを上方へ移動する。シール部材１４４によって下端部１４３とシリンダ空間１５Ｈとの間の密閉性が確保されているので、下端部１４３の上昇によってシリンダ空間１５Ｈは負圧となる。従って、シリンダ空間１５Ｈと連通している分注チップ８０の管状空間８０Ｈに吸引力が発生する。なお、管状空間８０Ｈ内への液体の吸引量に応じて、ピストン部材１４の上昇度合いが調整される。
【００４４】
図１１及び図１２を参照して、前記吐出動作時には、第１ナット部材１３が下方に移動するように、第１ねじ軸１２が第１モータ１１によって回転駆動される。第１ナット部材１３が下降すると、この第１ナット部材１３と一体のピストン部材１４も下降する。この際、ピストン部材１４の収容空間１４Ｈから、第１ねじ軸１２が徐々に抜け出ることとなる。図１１及び図１２では、第１ナット部材１３が、第１ねじ軸１２に沿った移動可能範囲内において最も下方に移動している状態を示している。この状態は、第１ねじ軸１２は収容空間１４Ｈに最も浅く嵌り込んだ状態となり、第１ねじ軸１２の下端１２Ｂと収容空間１４Ｈの底面１４６との間隔は最長となる。
【００４５】
このため、第１ナット部材１３の下降に伴って、ピストン部材１４の下端部１４３は、シリンダ空間１５Ｈを下方へ移動する。この下端部１４３の下降によって、分注チップ８０の管状空間８０Ｈに細胞培養液が存在している場合には、シリンダ空間１５Ｈの空気は加圧される。従って、管状空間８０Ｈに保持されている細胞培養液は、前記加圧力によって分注チップ８０から吐出されることになる。
【００４６】
続いて、分注チップ８０のヘッド１５（チップ装着部１５３Ａ）からの離脱動作を実現する機構について説明する。図１３は、アーム部材２４によって分注チップ８０がヘッド１５から離脱される直前の状態を示す斜視図である。既述の通り、アーム部材２４のガイド板２４２は、ヘッド１５の上下方向への移動をガイドする部分であって、ヘッド１５の外径よりも僅かに大きい開口幅を有するガイド凹部２４１を備えている。ガイド凹部２４１の開口幅は、チップ装着部１５３Ａに装着された分注チップ８０の外径よりも小さい幅である。従って、ガイド板２４２の下端面２４２Ｂと分注チップ８０の基端部８１における上端縁８１Ａとは、図１３の状態では、互いに対向している。
【００４７】
第１ボールねじ装置１０の駆動によってヘッド１５が、図１３の状態からさらに上方に引き上げられると、ガイド板２４２の下端面２４２Ｂが分注チップ８０の上端縁８１Ａに当接（干渉）し始める。分注チップ８０は、チップ装着部１５３Ａに嵌め込まれているだけであり、接着等は為されていない。このため、ヘッド１５の上昇に伴って、上端縁８１Ａは下端面２４２Ｂに押圧され、基端部８１は徐々にチップ装着部１５３Ａから外されて行く。そして、下端面２４２Ｂが上端縁８１Ａに当接後、チップ装着部１５３ＡのＺ方向長さ分だけヘッド１５が上昇されると、分注チップ８０はチップ装着部１５３Ａから離脱し、落下する。
【００４８】
図１４は、ヘッド装置１の制御構成を示すブロック図である。ヘッド装置１は、第１ボールねじ装置１０及び第２ボールねじ装置３０の駆動を制御するため、及び、ヘッド装置１自体のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の移動を制御するための、軸制御部３００を備えている。具体的には、軸制御部３００は、上述の第１モータ１１及び第２モータ３１と、上掲の図では不図示のＸ軸モータ３０２及びＹ軸モータ３０１（ヘッド装置１を水平方向に移動させるヘッド移動機構）とを制御する。
【００４９】
軸制御部３００は、分注チップ８０がヘッド１５のチップ装着部１５３Ａに装着された状態において、次の第１制御及び第２制御を実行する。
［第１制御］ピストン部材１４の上下方向への移動によって、分注チップ８０による細胞凝集塊を含む細胞培養液の吸引及び吐出が行われるよう、第１ボールねじ装置１０を制御する（図７Ａ、図７Ｂ、図９〜図１２参照）。
［第２制御］第１フレーム２１の上方向への移動によって、アーム部材２４（ガイド部）と分注チップ８０の基端部８１とを干渉させ、チップ装着部１５３Ａから分注チップ８０を離脱させるよう、第２ボールねじ装置３０を制御する（図８Ａ〜８Ｄ、図１３参照）。
【００５０】
さらに軸制御部３００は、分注チップ８０がヘッド１５に装着されていない状態において、第１フレーム２１の下方向への移動によって、分注チップ８０がヘッド１５のチップ装着部１５３Ａに装着されるよう、第２ボールねじ装置３０を制御する装着制御も実行する。
【００５１】
第１モータ１１は、第１ねじ軸１２を回転させることで第１ナット部材１３に一体化されたピストン部材１４を上下動させ、上述の通り、分注チップ８０による細胞培養液（対象物）の吸引及び吐出を行わせる。第２モータ３１は、第２ねじ軸３２を回転させることで、ヘッド１５が搭載された第１フレーム２１をＺ方向に移動させる。Ｘ軸モータ３０２は、ヘッド装置１のＸ方向への移動をガイドするＸガイドフレーム（図略）に搭載され、ヘッド装置１をＸ方向に移動させる。Ｙ軸モータ３０１は、ヘッド装置１のＹ方向への移動をガイドするＹガイドフレーム（図略）に搭載され、ヘッド装置１をＹ方向に移動させる。
【００５２】
軸制御部３００は、第１モータ１１の駆動を制御することによって、第１ナット部材１３の上下方向の動作を制御し、これにより上記の第１制御を実行する。吸引動作の際、軸制御部３００は、第１モータ１１を正方向に所定時間回転させることによりピストン部材１４を所定距離だけ上昇させ、分注チップ８０内に所定量の細胞培養液を吸引させる。吐出動作の際、軸制御部３００は、第１モータ１１を逆方向に所定時間回転させることによりピストン部材１４を所定距離だけ下降させ、分注チップ８０内に保持されている細胞培養液を吐出させる。吸引速度又は吐出速度は、第１モータ１１の回転速度によって制御される。
【００５３】
また、軸制御部３００は、第２モータ３１の駆動を制御することによって、第１フレーム２１、すなわちヘッド１５のＺ方向における高さ位置を制御する。この制御により、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に基づき説明した、第１容器Ｃ１又は第２容器Ｃ２に対する分注チップ８０の下降及び上昇が実行される。この際、軸制御部３００は、第２モータ３１を正方向又は逆方向に所定時間回転させることにより、ヘッド１５を通常移動範囲内（図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）の範囲内）で上下方向に移動させる。
【００５４】
さらに、軸制御部３００による第２モータ３１の制御によって、上記の第２制御及び装着制御を実行させる。前記第２制御の際、軸制御部３００は、ヘッド１５を前記通常移動範囲の上限よりもさらに上方に移動させ（図８（Ｄ）参照）、チップ装着部１５３Ａから分注チップ８０を離脱させる。前記装着制御の際、軸制御部３００は、ヘッド１５のチップ装着部１５３Ａと分注チップ８０の基端部８１とが上下方向に位置合わせされた状態で（図８（Ａ）参照）、チップ装着部１５３Ａを基端部８１に嵌り込ませるのに必要な移動量だけ、ヘッド１５を下降させる。
【００５５】
上記の制御に加え、軸制御部３００は、Ｘ軸モータ３０２及びＹ軸モータ３０１の駆動を制御することによって、ヘッド装置１のＸ方向及びＹ方向への移動を制御する。例えば、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように第１容器Ｃ１及び第２容器Ｃ２が存在する場合に、ヘッド１５（分注チップ８０）が第１容器Ｃ１の上空から第２容器Ｃ２の上空に移動するよう、軸制御部３００はＸ軸モータ３０２及びＹ軸モータ３０１を制御し、ヘッド装置１を移動させる。
【００５６】
以上説明した通り、本実施形態の分注チップ装着用ヘッド装置１によれば、第１ボールねじ装置１０の駆動によるピストン部材１４の上下方向への移動（第１制御）によって、分注チップ８０に細胞培養液（対象物を含む液体）の吸引及びその吐出を実行させることができる。さらに、第２ボールねじ装置３０の駆動による１フレーム２１の上方向への移動（第２制御）によって、ヘッド１５のチップ装着部１５３Ａから分注チップ８０を自動的に離脱させることができる。従って、分注チップ８０を用いた細胞培養液の吸引及び吐出の作業、使用後に分注チップ８０を廃棄する必要がある場合における当該分注チップ８０の廃棄作業を、高度に自動化することができる。
【００５７】
また、ヘッド装置１によれば、ヘッド１５から分注チップ８０の取り外しが、ヘッド１５の外径よりも僅かに大きい開口幅（内径）を有するガイド凹部２４１を備えるアーム部材２４によって行われる。このため、アーム部材２４に対するヘッド１５の単純な上方向移動によって、チップ装着部１５３Ａから分注チップ８０を離脱させることができる。
【００５８】
さらに、ヘッド装置１によれば、ヘッド１５のうち、実際に分注チップ８０が装着される交換部１５３だけを交換することができる。従って、チップ装着部１５３Ａが汚濁した場合等にあっては、交換部１５３をロッド本体部１５０の下端から取り外してこれを清掃することができる。また、異なる口径の分注チップ８０をヘッド１５に装着させる場合に、その口径にマッチした別の交換部１５３をロッド本体部１５０に取り付ければ、迅速に口径変更に対応することができる。
【００５９】
続いて、本実施形態に係る分注チップ装着用ヘッド装置１が好適に適用される細胞の移動装置４を例示する。図１５は、移動装置４の斜視図、図１６は、ヘッド装置１が組み込まれたヘッドユニット６１の斜視図である。移動装置４は、支持フレーム４１、支持フレーム４１によって支持される基台４２、基台４２に組み付けられる細胞移動ライン５０、基台４２の上方に配置されるヘッドユニット６１及び照明ユニット６２、及び、基台４２の下方に配置される撮像ユニット６３を備えている。
【００６０】
支持フレーム４１は、基礎フレーム４１１と、一対のサイドフレーム４１２とを含む。基礎フレーム４１１は、Ｘ方向に長い直方体形状のフレーム組立体であり、矩形の下層フレーム枠４１１Ａと、その上の上層フレーム枠４１１Ｂとを含む。上層フレーム枠４１１Ｂの上面には、撮像ユニット６３をＸ方向に移動させるためのガイドレール４１３が備えられている。基台４２は、所定の剛性を有し、その一部又は全部が透光性の材料で形成され、上面視において基礎フレーム４１１と略同じサイズを有する長方形の平板である。
【００６１】
基台４２の上には、フレーム架台４３が立設されている。フレーム架台４３は、Ｘ方向に延びる平板である上フレーム４３１及び中フレーム４３２を備える。上フレーム４３１の上面には、ヘッドユニット６１をＸ方向に沿って移動させるための上ガイドレール４３３が組み付けられている。また、中フレーム４３２の上面には、照明ユニット６２をＸ方向に沿って移動させるための中ガイドレール４３４が組み付けられている。
【００６２】
細胞移動ライン５０は、細胞含有液から所望の細胞凝集塊を抽出し、これを所定の容器へ移動させる一連の細胞移動工程の実施に必要なエレメントが、Ｘ方向に配列されてなる。細胞移動ライン５０は、細胞含有液を貯留する対象物ストック部５１、分注チップストック部５２、細胞含有液が分注され細胞凝集塊を選別するための細胞選別部５３、チップストック部５４、チップ撮像部５５、選別された細胞凝集塊を受け入れる細胞移載部５６、ブラックカバー載置部５７及びチップ廃棄部５８を備えている。ここでは、対象物ストック部５１に含まれる容器が、図７（Ａ）に示した第１容器Ｃ１に相当する容器であり、細胞選別部５３に含まれる容器が、図７（Ｂ）に示した第２容器Ｃ２に相当する容器である。
【００６３】
ヘッドユニット６１は、ユニット本体６１１、ヘッド部６１２、Ｘスライダ６１３及びＹスライダ６１４を含む。図１６に示すように、ヘッド部６１２は、複数本のシリンダチップ７０が装着される複数のシリンダチップヘッド６１５、上記で説明した分注チップ８０の装着用のヘッド１５、及びノズル６１６を備えている。本実施形態では、８本のシリンダチップヘッド６１５がＸ方向に一列に配列されている例を示している。シリンダチップヘッド６１５の本数は任意であり、またＸ−Ｙ方向にマトリクス状に配列されていても良い。ノズル６１６は、上下動が可能にユニット本体６１１に組み付けられ、下端に吸盤６１７を備えている。ユニット本体６１１の内部には、図１〜図５に示した第１、第２ボールねじ装置１０、３０などの、ヘッド１５をＺ方向に移動させるための機構、及びシリンダチップヘッド６１５をＺ方向に移動させるための機構が内蔵されている。
【００６４】
Ｘスライダ６１３は、上ガイドレール４３３に対して組み付けられている。上ガイドレール４３３には、図１４のＸ軸モータ３０２に相当するＸ駆動モータ４４１が付設されている。Ｘ駆動モータ４４１の動作によって、Ｘスライダ６１３は上ガイドレール４３３上をＸ方向に移動する。Ｙスライダ６１４は、Ｙ方向の一端（前端）においてユニット本体６１１を支持している。Ｙスライダ６１４は、Ｘスライダ６１３の上面に配置されたＹレール（図１５には現れていない）に対して組み付けられている。前記Ｙレールに付設された図略の駆動モータ（図１４のＹ軸モータ３０１に相当）が動作することで、Ｙスライダ６１４及びユニット本体６１１はＹ方向に移動する。つまり、ヘッド部６１２は、ユニット本体６１１が上ガイドレール４３３及び前記Ｙレールに沿って移動することで、Ｘ方向及びＹ方向に移動自在である。従って、ヘッド部６１２は、基台４２の上方において、細胞移動ライン５０上を所定の移動経路に沿って移動することができる。
【００６５】
照明ユニット６２は、専ら細胞選別部５３及び細胞移載部５６を上方から照明するために、基台４２の上方に移動可能に配置されている。前記照明は、細胞選別部５３又は細胞移載部５６に保持されている細胞凝集塊を撮像ユニット６３にて撮像する際に、透過照明として使用される。照明ユニット６２は、照明光を発する照明器６２１、Ｘスライダ６２２及びホルダー６２３を含む。Ｘスライダ６２２は、中ガイドレール４３４に対して組み付けられている。中ガイドレール４３４には、照明ユニット駆動モータ４４３が付設されている。駆動モータ４４３の動作によって、Ｘスライダ６２２は中ガイドレール４３４上をＸ方向に移動する。ホルダー６２３は、照明器６２１を保持すると共に、図略の駆動装置によってＸスライダ６２２に対してＹ方向に短距離だけ移動可能に組み付けられている。従って、照明器６２１は、基台４２の上方において、Ｘ方向及びＹ方向に移動可能である。
【００６６】
撮像ユニット６３は、細胞選別部５３及び細胞移載部５６に保持されている細胞凝集塊を基台４２の下方から撮像するために、基台４２の下方に移動可能に配置されている。さらに、本実施形態では、撮像ユニット６３は、チップ撮像部５５においてシリンダチップ７０のヘッド６１５への装着状態を観察するためにも用いられる。撮像ユニット６３は、カメラ６３１、落射照明器６３２、Ｘスライダ６３３及びホルダー６３４を含む。
【００６７】
カメラ６３１は、ＣＣＤイメージセンサと、該ＣＣＤイメージセンサの受光面に光像を結像させる光学系とを含む。落射照明器６３２は、カメラ６３１の撮像対象物が光の透過体でない場合や蛍光染色されている場合等に用いられる光源である。Ｘスライダ６３３は、支持フレーム４１のガイドレール４１３に対して組み付けられている。ガイドレール４１３には、撮像ユニット駆動モータ４４４が付設されている。駆動モータ４４４の動作によって、Ｘスライダ６３３はガイドレール４１３上をＸ方向に移動する。ホルダー６３４は、カメラ６３１及び落射照明器６３２を保持すると共に、図略の駆動装置によってＸスライダ６３３に対してＹ方向に短距離だけ移動可能に組み付けられている。従って、カメラ６３１は、基台４２の下方において、Ｘ方向及びＹ方向に移動可能である。
【００６８】
図１７は、基台４２の図示を省き、細胞移動ライン５０の構成要素を抜き出して示す斜視図である。図１７には、上述のヘッドユニット６１、照明ユニット６２及び撮像ユニット６３の配置位置も模式的に付記している。細胞移動ライン５０は、Ｘ方向の上流側（図１７の左端側）から順に、分注チップストック部５２、対象物ストック部５１、チップストック部５４、チップ撮像部５５、細胞選別部５３、ブラックカバー載置部５７、細胞移載部５６及びチップ廃棄部５８が一列に配列されてなる。これらの各部は、位置決め部材４２Ｓによって、基台４２上の位置が定められている。ここに示した細胞移動ライン５０の配列は一例であり、作業効率等を考慮して各部の配置位置を適宜設定することができる。例えば、ブラックカバー載置部５７を、細胞選別部５３、細胞移載部５６の前方側（＋Ｙ）又は後方側（−Ｙ）に配置しても良い。
【００６９】
対象物ストック部５１は、分注元となる、多量の細胞凝集塊（対象物）が分散された細胞培養液（液体）を貯留する部位である。対象物ストック部５１は、基台４２上の所定位置に配置されたボックス５１１と、このボックス５１１で保持されたチューブ５１２（第１容器）と、ボックス５１１上に載置された蓋部材５１３とを備える。チューブ５１２は、上面が開口した円筒状容器であり、細胞凝集塊や夾雑物を含む細胞培養液を貯留する。蓋部材５１３は、チューブ５１２の開口を塞ぐための部材である。
【００７０】
分注チップストック部５２は、上記で説明した分注チップ８０の多数個を保管する部位である。分注チップストック部５２は、立設状態（基端部８１が上方に位置する状態）でマトリクス状に整列された分注チップ８０を保持する保持ボックス５２１と、ボックス蓋部材５２３とを備えている。保持ボックス５２１の内部には、分注チップ８０を整列保持するためのホルダー部材５２２が配置されている。
【００７１】
細胞選別部５３は、各種サイズの細胞凝集塊や夾雑物を含む細胞培養液から、所望のサイズの細胞凝集塊を選別するための部位である。細胞選別部５３は、ディッシュ６４、保持テーブル５３１及びテーブル蓋部材５３２を含む。ディッシュ６４は、分注チップ８０によって細胞凝集塊を含む細胞培養液が分注され、該細胞培養液を貯留することができる上面開口の容器である。保持テーブル５３１は、ディッシュ６４を位置決めして保持する。テーブル蓋部材５３２は、ディッシュ６４及び保持テーブル５３１の上面を覆い隠すための蓋部材である。
【００７２】
ディッシュ６４は、上面側に細胞凝集塊を担持するための複数の凹部を備えたウェルプレートを含む。前記凹部の底部には貫通孔が設けられており、抽出対象となる細胞凝集塊は前記凹部で保持され、夾雑物等は前記貫通孔から落下する。このように細胞凝集塊と夾雑物との選別が行われるので、前記ウェルプレート上には細胞凝集塊だけが残存するようになる。前記凹部に担持された状態の細胞凝集塊の画像が、照明ユニット６２の点灯下でカメラ６３１にて撮像される。これにより、吸引すべき細胞凝集塊の位置が特定される。
【００７３】
チップストック部５４は、シリンダチップ７０の多数個を保持する部位である。シリンダチップ７０は、細胞凝集塊の吸引経路となる管状通路を内部に備えるシリンジと、前記管状通路を画定するシリンジの内周壁と摺接しつつ前記管状通路内を進退移動するプランジャとを含み、シリンダチップヘッド６１５に対して装着及び取り外しが可能である。シリンダチップ７０は、上述のウェルプレートの凹部に担持された細胞凝集塊を吸引し、ヘッドユニット６１の移動に伴い該細胞凝集塊を運搬し、これを細胞移載部５６へ吐出する機能を果たす。
【００７４】
チップストック部５４は、保持ボックス５４１と、ボックス蓋部材５４３とを備えている。保持ボックス５４１は、立設状態でマトリクス状に整列されたシリンダチップ７０を保持する。保持ボックス５４１の内部には、シリンダチップ７０を整列保持するためのホルダー部材５４２が配置されている。シリンダチップ７０は、その上端部分が保持ボックス５４１の上端面から上方に突出した状態で、保持ボックス５４１に保持されている。ボックス蓋部材５４３は、保持ボックス５４１の上端面の上に被せられ、シリンダチップ７０を覆い隠すための蓋部材である。
【００７５】
チップ撮像部５５は、シリンダチップヘッド６１５に装着されたシリンダチップ７０の画像が撮像される位置を提供するピットである。前記撮像は、撮像ユニット６３によって行われる。前記撮像が行われる際、撮像ユニット６３のカメラ６３１は、チップ撮像部５５の直下に移動され、落射照明器６３２の照明下において、各シリンダチップ７０の画像を撮像する。シリンダチップ７０の画像並びに撮像時における焦点位置情報に基づき、シリンダチップ７０の吸引口７１ＴのＸＹＺ座標位置が求められる。当該座標位置と、予め定められた基準位置との差分から補正値が導出される。当該補正値は、ヘッド６１５の移動制御の際の補正値として利用される。なお、落射照明器６３２に代えて、チップ撮像部５５自体にＬＥＤ照明具のような照明器具を装備させ、該照明器具の照明下で前記撮像を行うようにしても良い。
【００７６】
細胞移載部５６は、細胞移動ライン５０においてＸ方向の下流側端部付近に配置され、細胞選別部５３のディッシュ６４から吸引された細胞凝集塊の移動先となる部位である。細胞移載部５６は、マイクロプレート６５、保持テーブル５６１及びテーブル蓋部材５６２を含む。なお、マイクロプレート６５に代えて、ディッシュ６４と同様な容器を細胞移載部５６に具備させても良い。
【００７７】
マイクロプレート６５は、上面が開口した多数の小さなウェル６６が、マトリクス状に配列されたプレートである。マイクロプレート６５は、透光性の部材、例えば透明プラスチックで形成されている。一般に、１のウェル６６には、１の細胞凝集塊が収容される。従って、各ウェル６６に収容された状態の細胞凝集塊を、カメラ６３１によって撮像することができる。また、ウェル６６の配列ピッチは、一列に並んだヘッド６１５に装着されたシリンダチップ７０群の配列ピッチと略同一に設定されている。これにより、一群のシリンダチップ７０から同時にウェル６６に細胞凝集塊を吐出させることが可能である。なお、１のウェル６６に、指定個数の細胞凝集塊を収容させたり、指定量（総体積又は総面積）の細胞凝集塊を収容させたりすることもできる。保持テーブル５６１は、マイクロプレート６５を位置決めして保持する。テーブル蓋部材５６２は、マイクロプレート６５及び保持テーブル５６１の上面を覆い隠すための蓋部材である。
【００７８】
ブラックカバー載置部５７は、細胞移載部５６に被せられる第１ブラックカバー５７１と、細胞選別部５３に被せられる第２ブラックカバー５７２とが載置される部位である。第１、第２ブラックカバー５７１、５７２は、遮光された状態で、ディッシュ６４又はマイクロプレート６５に担持された細胞凝集塊を撮像する際に用いられる遮光体である。例えば、細胞培養液に蛍光剤を添加し、細胞凝集塊を蛍光観察する際に、第１、第２ブラックカバー５７１、５７２は、保持テーブル５３１、５６１を覆い隠すように被せられる。
【００７９】
チップ廃棄部５８は、細胞移動ライン５０においてＸ方向の最も下流側端部に配置され、上述の吸引及び吐出動作を終えた使用後のシリンダチップ７０及び分注チップ８０が廃棄される部位である。チップ廃棄部５８は、使用後のシリンダチップ７０及び分注チップ８０を収容するための回収ボックス５８１を含む。前記廃棄の際、シリンダチップ７０又は分注チップ８０を装備したヘッドユニット６１が回収ボックス５８１の開口部５８２上に移動され、シリンダチップ７０のシリンダチップヘッド６１５からの取り外し、若しくは、上述した分注チップ８０のヘッド１５からの取り外し動作が実行される。この取り外し動作により、シリンダチップ７０又は分注チップ８０は、開口部５８２を通して回収ボックス５８１に落下する。
【００８０】
上記の通り構成された移動装置４は、図１４の軸制御部３００に相当する制御部（移動装置４に接続されたパーソナルコンピュータ等）によって、その動作が制御される。前記制御部は、大別して本実施形態に係るヘッド１５を用いた分注動作と、シリンダチップヘッド６１５を用いた細胞移動動作とを移動装置４に実行させる。まず、前記分注動作において、前記制御部は、順次、
［制御１］ヘッドユニット６１を分注チップストック部５２上に移動させ、ヘッド１５に分注チップ８０を装着させる制御、
［制御２］ヘッドユニット６１を対象物ストック部５１上に移動させ、チューブ５１２に貯留された、細胞凝集塊を含む細胞培養液を所定の分注量だけ分注チップ８０内に吸引させる制御、
［制御３］ヘッドユニット６１を細胞選別部５３上に移動させ、分注チップ８０内の前記細胞培養液をディッシュ６４に吐出させる制御、及び、
［制御４］ヘッドユニット６１をチップ廃棄部５８上に移動させ、使用済みの分注チップ８０をヘッド１５から取り外し、回収ボックス５８１内に廃棄させる制御、
を移動装置４に実行させる。
【００８１】
前記細胞移動動作において、前記制御部は、順次、
［制御５］ヘッドユニット６１をチップストック部５４上に移動させ、シリンダチップヘッド６１５にシリンダチップ７０を装着させる制御、
［制御６］ヘッドユニット６１を細胞選別部５３上に移動させ、ディッシュ６４に貯留された細胞凝集塊をシリンダチップ７０内に吸引させる制御、
［制御７］ヘッドユニット６１を細胞移載部５６上に移動させ、シリンダチップ７０内の細胞凝集塊をマイクロプレート６５に吐出させる制御、及び、
［制御８］ヘッドユニット６１をチップ廃棄部５８上に移動させ、使用済みのシリンダチップ７０をシリンダチップヘッド６１５から取り外し、回収ボックス５８１内に廃棄させる制御、
を移動装置４に実行させる。
【００８２】
上記制御１は、図８（Ａ）に示した動作を行わせるための制御であって、図１４の軸制御部３００の説明において「装着制御」として説明した制御である。ヘッドユニット６１が分注チップストック部５２上に移動された後、１の分注チップ８０に対してヘッド１５が位置合わせらされ、その後、第２ボールねじ装置３０の駆動によってヘッド１５が降下される。ヘッド１５が下降することで、チップ装着部１５３Ａは分注チップ８０の基端部８１の装着孔に圧入される。これにより、分注チップ８０のヘッド１５への装着が完了する。
【００８３】
上記制御２及び制御３は、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示した動作を行わせるための制御であって、軸制御部３００の説明において「第１制御」として説明した制御である。細胞培養液を分注チップ８０内に吸引させる動作、及び分注チップ８０から吐出させる動作は、第１ボールねじ装置１０によるピストン部材１４によって実現される。この点は、先に詳述した通りである。
【００８４】
上記制御４は、図８（Ｄ）に示した動作を行わせるための制御であって、軸制御部３００の説明において「第２制御」として説明した制御である。ここでの制御は、上述の通り、第２ボールねじ装置３０の駆動によってヘッド１５を通常移動範囲の上限よりも上昇させる制御である。
【００８５】
以上説明した移動装置４によれば、本発明の実施形態に係るヘッド装置１を適用することで、分注チップ８０のヘッド１５への装着、分注チップ８０によるチューブ５１２（第１容器Ｃ１）からの細胞培養液の吸引、当該細胞培養液のディッシュ６４（第２容器Ｃ２）への吐出、及び、チップ廃棄部５８への分注チップ８０の廃棄までの一連の作業を、上記制御部による制御下で自動化することができる。従って、細胞凝集塊を含む細胞培養液の移動作業効率を格段に高めることができる。
【００８６】
なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
【００８７】
本発明の一局面に係る分注チップ装着用ヘッド装置は、対象物を含む液体の吸引、及び前記吸引した液体の吐出を行う分注チップが装着されるヘッド装置であって、ピストン部材と、前記ピストン部材が係合され、該ピストン部材を上下方向に移動させる第１軸部材と、前記ピストン部材を上下方向に移動可能に収容するシリンダ空間を含む筒状空間を備え、前記分注チップの基端部が嵌め込まれるチップ装着部を下端に備えた筒状ロッドと、前記第１軸部材及び前記筒状ロッドが搭載される第１フレームと、前記第１フレームが係合され、該第１フレームを上下方向に移動させる第２軸部材と、前記第２軸部材が搭載され、前記第１フレームの上下方向の移動に伴う前記筒状ロッドの上下方向の移動をガイドするガイド部を備える第２フレームと、前記第１軸部材及び前記第２軸部材の動作を制御する軸制御部と、を備え、前記軸制御部は、前記分注チップが前記チップ装着部に装着された状態において、ピストン部材の上下方向への移動によって、前記分注チップによる前記液体の吸引及び吐出が行われるよう前記第１軸部材を制御する第１制御と、前記第１フレームの上方向への移動によって、前記ガイド部と前記分注チップの基端部とを干渉させ、前記チップ装着部から前記分注チップを離脱させるよう前記第２軸部材を制御する第２制御と、を実行する。
【００８８】
上記のヘッド装置によれば、第１軸部材の駆動によるピストン部材の上下方向への移動によって、分注チップに対象物を含む液体の吸引及びその吐出を実行させることができる。さらに、第２軸部材の駆動による１フレームの上方向への移動によって、チップ装着部から分注チップを自動的に離脱させることができる。従って、分注チップを用いた対象物の吸引及び吐出の作業、使用後に廃棄する必要がある場合における当該分注チップの廃棄作業を、高度に自動化することが可能となる。
【００８９】
上記の分注チップ装着用ヘッド装置において、前記筒状ロッドは、円筒形状を備え、前記ガイド部は、前記筒状ロッドの外径よりも僅かに大きい内径を有するガイド凹部を備えたアーム部材であり、前記第２制御の際、前記アーム部材の下端面と前記分注チップの基端部の上端縁とが干渉することで、前記チップ装着部から前記分注チップが離脱されることが望ましい。
【００９０】
このヘッド装置によれば、筒状ロッドの外径よりも僅かに大きい内径を有するガイド凹部を備えるので、前記ガイド部材に対する筒状ロッドの単純な上方向移動によって、前記チップ装着部から前記分注チップを離脱させることができる。
【００９１】
上記の分注チップ装着用ヘッド装置において、前記筒状ロッドは、前記シリンダ空間を備えるロッド本体部と、前記ロッド本体部の下端に着脱可能に装着され、内部に前記シリンダ空間に連通する筒状空間を備えると共に、外周面に前記チップ装着部を備えた交換部とを具備することが望ましい。
【００９２】
このヘッド装置によれば、筒状ロッドのうち、実際に分注チップが装着される部分（交換部）だけを交換することができる。従って、チップ装着部が汚濁した場合等にあっては、交換部をロッド本体部の下端から取り外してこれを清掃することができる。また、異なる口径の分注チップを装着させる場合に、その口径にマッチした別の交換部をロッド本体部に取り付ければ、迅速に口径変更に対応することができる。
【００９３】
上記の分注チップ装着用ヘッド装置において、前記第１軸部材は、上下方向に延びる第１ねじ軸と、該第１ねじ軸に係合される第１ナット部材とを含む第１ボールねじ装置であり、前記ピストン部材は、前記第１ナット部材に固定される係合部を備えた上端部と、周面にシール部材を備えた下端部と、前記上端部と前記下端部との間の部分であって、前記第１ねじ軸を収容する収容空間を内部に備えた中間部とを具備することが望ましい。
【００９４】
このヘッド装置によれば、第１軸部材にボールねじ構造を適用すると共に、これに適応した構造のピストン部材を採用することによって、ヘッド装置をシンプルな構造で構築することができる。
【００９５】
上記の分注チップ装着用ヘッド装置において、前記第２軸部材は、上下方向に延びる第２ねじ軸と、該第２ねじ軸に係合される第２ナット部材とを含む第２ボールねじ装置であって、前記第１フレームは、前記第２ナット部材に固定されていることが望ましい。
【００９６】
このヘッド装置によれば、第２軸部材にボールねじ構造を適用して第１フレームを上下動させることができる。従って、第２軸部材による駆動系を簡素化することができる。
【００９７】
この場合、前記第２フレームは、前記第１フレームの上下方向の移動をガイドするガイドレールが取り付けられる縦フレームと、前記縦フレームの下端に取り付けられ、前記第２ねじ軸の下端の軸受け部と、前記筒状ロッドを貫通させる貫通孔とを備え、前記ガイド部が組み付けられる横フレームとを備えることが望ましい。
【００９８】
このヘッド装置によれば、縦フレーム及び横フレームを用いて、ガイドレール及びガイド部を効率的に配置することができる。
【００９９】
本発明の他の局面に係る移動装置は、上記の分注チップ装着用ヘッド装置と、対象物を貯留する第１容器と、対象物を受け入れる第２容器と、前記ヘッド装置を前記第１容器と前記第２容器との間において水平方向に移動させるヘッド移動機構と、を備える。
【０１００】
以上説明した本発明によれば、分注チップを用いた対象物の吸引、前記吸引した対象物の吐出、さらには筒状ロッド（ヘッド）への分注チップの取り付け及び取り外しを自動化することができる。従って、分注チップを用いた対象物の移動作業の作業効率を、格段に向上させることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成28年7月26日(2016.7.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を含む液体の吸引、及び前記吸引した液体の吐出を行う分注チップが装着されるヘッド装置であって、
吸引力及び吐出力を発生可能な筒状空間を備え、前記分注チップの基端部が嵌め込まれるチップ装着部を下端に備えた筒状ロッドと、
前記筒状ロッドが搭載される第１フレームと、
前記第１フレームを上下方向に移動させる移動装置と、
前記第１フレームの上下方向の移動をガイドする第２フレームと、
前記筒状空間における吸引力及び吐出力を発生の動作、及び前記移動装置の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記分注チップが前記チップ装着部に装着された状態において、
前記筒状空間に前記吸引力及び吐出力を発生させることによって、前記分注チップにより前記液体の吸引及び吐出を行わせる第１制御と、
前記第１フレームの上方向への移動によって、前記第２フレームの一部と前記分注チップの基端部とを干渉させ、前記チップ装着部から前記分注チップを離脱させるよう前記移動装置を制御する第２制御と、を実行する分注チップ装着用ヘッド装置。
【請求項２】
請求項１に記載の分注チップ装着用ヘッド装置において、
前記吸引力及び吐出力を発生させる機構として、ピストン部材と、前記ピストン部材が係合され、該ピストン部材を上下方向に移動させる第１軸部材と、を備え、
前記第１フレームは、前記第１軸部材を搭載し、
前記移動装置は、前記第１フレームが係合され、該第１フレームを上下方向に移動させる第２軸部材であり、前記第２フレームは前記第２軸部材を搭載し、
前記制御部は、前記第１軸部材及び前記第２軸部材の動作を制御する軸制御部であり、
前記軸制御部は、
前記第１制御において、前記ピストン部材の上下方向への移動によって、前記分注チップによる前記液体の吸引及び吐出が行われるよう前記第１軸部材を制御し、
前記第２制御において、前記分注チップの離脱が行われるように前記第２軸部材を制御する、分注チップ装着用ヘッド装置。
【請求項３】
請求項２に記載の分注チップ装着用ヘッド装置において、
前記第２フレームは、前記第１フレームの上下方向の移動に伴う前記筒状ロッドの上下方向の移動をガイドするガイド部を備え、
前記第２制御において、前記第１フレームの上方向への移動によって、前記ガイド部と前記分注チップの基端部との干渉によって、前記チップ装着部から前記分注チップが離脱される、分注チップ装着用ヘッド装置。
【請求項４】
請求項３に記載の分注チップ装着用ヘッド装置において、
前記筒状ロッドは、円筒形状を備え、
前記ガイド部は、前記筒状ロッドの外径よりも僅かに大きい内径を有するガイド凹部を備えたアーム部材であり、
前記第２制御の際、前記アーム部材の下端面と前記分注チップの基端部の上端縁とが干渉することで、前記チップ装着部から前記分注チップが離脱される、分注チップ装着用ヘッド装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の分注チップ装着用ヘッド装置において、
前記筒状ロッドは、
前記シリンダ空間を備えるロッド本体部と、
前記ロッド本体部の下端に着脱可能に装着され、内部に前記シリンダ空間に連通する筒状空間を備えると共に、外周面に前記チップ装着部を備えた交換部と、
を具備する、分注チップ装着用ヘッド装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項に記載の分注チップ装着用ヘッド装置において、
前記第１軸部材は、上下方向に延びる第１ねじ軸と、該第１ねじ軸に係合される第１ナット部材とを含む第１ボールねじ装置であり、
前記ピストン部材は、
前記第１ナット部材に固定される係合部を備えた上端部と、
周面にシール部材を備えた下端部と、
前記上端部と前記下端部との間の部分であって、前記第１ねじ軸を収容する収容空間を内部に備えた中間部と、
を具備する、分注チップ装着用ヘッド装置。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれか１項に記載の分注チップ装着用ヘッド装置において、
前記第２軸部材は、上下方向に延びる第２ねじ軸と、該第２ねじ軸に係合される第２ナット部材とを含む第２ボールねじ装置であって、
前記第１フレームは、前記第２ナット部材に固定されている、分注チップ装着用ヘッド装置。
【請求項８】
請求項７に記載の分注チップ装着用ヘッド装置において、
前記第２フレームは、
前記第１フレームの上下方向の移動をガイドするガイドレールが取り付けられる縦フレームと、
前記縦フレームの下端に取り付けられ、前記第２ねじ軸の下端の軸受け部と、前記筒状ロッドを貫通させる貫通孔とを備え、前記ガイド部が組み付けられる横フレームと、
を備える、分注チップ装着用ヘッド装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の分注チップ装着用ヘッド装置と、
対象物を貯留する第１容器と、
対象物を受け入れる第２容器と、
前記ヘッド装置を前記第１容器と前記第２容器との間において水平方向に移動させるヘッド移動機構と、を備える移動装置。
【国際調査報告】
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2015193958.tif 000021
2015193958.tif 000022
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