(57)【要約】　　　（修正有）【課題】ロボット装置により確保されたピペット先端の状態を判断し、ピペット先端が液体試料の中に入れられる前に、不備がある場合には除かれるようにして試料の無駄や受容できない取扱いを防止する。【解決手段】圧力変換器で第１の空気を測定しプロセッサにより記録される。次いでピペット装置でピペットの先端を挿入する。ピペット先端がノズルの上側に入れられた直後、第２の空気圧を測定する。プロセッサは第１の空気圧と第２の空気圧を比較して、第２の空気圧が第１の空気圧より大きい場合は不備のないピペット先端が確保されているとする。一方、第１の空気圧と第２の空気圧の実質的に同じ場合、即ち、ロボットアームの先端に確保されているピペット先端の空気圧に変化がない場合は不備のあるピペット先端が確保されていると判断して放出処理を行なう。【選択図】　　　　図１２
2004037446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピペット先端の状態を判断するための方法において、
ノズル内の圧力を測定し、
ノズルにピペット先端を確保し、
ノズル内の前記圧力がピペット先端の確保に際して変化したか否かを判断し、
圧力の変化に基づいて確保したピペット先端の状態を確認する、
ステップを有したことを特徴とする判断方法。
【請求項２】
前記確認するステップは、前記ピペット先端を確保している間前記圧力が実質上一定であるときは、当該確保しているピペット先端に不備があると判断するステップを有したことを特徴とする請求項１に記載の判断方法。
【請求項３】
前記確認するステップは、前記ピペット先端を確保している間前記圧力に変化があるときは、当該確保しているピペット先端に不備がないと判断するステップを有したことを特徴とする請求項１に記載の判断方法。
【請求項４】
ピペット先端の状態を判断するための方法において、
ノズル内の圧力を測定し、
ノズルにピペット先端を確保し、
ピペット先端を確保する際のノズル内の最大圧力を判断し、
最大圧力に到達した後の、圧力の変化の割合に基づいて、確保したピペット先端の状態を確認する、
ステップを有したことを特徴とする判断方法。
【請求項５】
前記確認するステップは、不備のないことが既知のピペット先端に関して圧力変化の割合を判断するステップを有したことを特徴とする請求項４に記載の判断方法。
【請求項６】
前記確認するステップは、圧力変化の割合が、前記不備のないことが既知のピペット先端に関する圧力変化の割合より小さいときは、不備のあるピペット先端であると判断するステップを有したことを特徴とする請求項５に記載の判断方法。
【請求項７】
不備のないピペット先端を放出するための方法において、
放出アセンブリを制御してピペット先端をノズルから外し、
前記ノズル内に空気流を生じさせ、
該空気流が当該ノズル内の圧力変化を生じさせるか否かを判断し、
該判断するステップが、実質上圧力変化がないと判断したときは、不備のないピペット先端が外されていないと判断する、
ステップを有したことを特徴とする方法。
【請求項８】
ピペット先端の状態を判断するためのシステムにおいて、
ノズルと連通するエアーポンプと、
ピペット先端がノズルによって確保されているときノズル内の空気圧の変化を測定するようにされた圧力変換器と、
を具えたことを特徴とするシステム。
【請求項９】
前記ピペット先端を確保している間前記圧力が実質上一定であるときは、当該確保しているピペット先端に不備があると判断するプロセッサをさらに具えたことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
不備のないピペット先端を放出するためのシステムにおいて、
ノズルを備えたエアーポンプと、
ピペット先端がノズルによって確保されている間、当該ノズル内の空気圧の変化を測定するようにされた圧力変換器と、
不備のないピペット先端を放出するようにされた放出アセンブリと、
を具えたことを特徴とするシステム。
【請求項１１】
ピペット先端を用いて容器内の液体の液位を検出するための方法において、
ピペット先端を当該ピペット先端を介した吸引を行なわずに容器内の液体に向けて移動させるステップであって、この移動の間に当該ピペット先端内の空気圧の変化を検出ステップと、
前記空気圧の変化を検出したとき、ピペット先端が液体保持容器に入ったことを確認するステップと、
を有したことを特徴とする方法。
【請求項１２】
ピペット先端を用いて容器内の液体の液位を検出するためのシステムにおいて、
ノズルと連通するエアーポンプと、
ピペット先端が液体保持容器内に入れられるときのノズル内の空気圧の変化を測定するようにされた圧力変換器と、
を具えたことを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体試料を扱うピペット装置の状態および動作に不備のないことを確認するためのシステムおよび方法に関する。詳しくは、本発明は、圧力変換器を用いる自動化されたピペット装置のためのシステムおよび方法であって、フィルターが付いたピペット先端が上記装置のノズルに存在することおよびピペット先端に不備がないことを検出し、また、上記ピペット装置が液体試料を取り出すべき試験管の液体のレベルを検知することができるシステムおよび方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
核酸の配列、核酸雑種形成による特定の核酸配列の直接検出、核酸増幅技術などの分子生物学上の種々の手順では、核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）を試料における残りの細胞成分または細胞構造を含まない残りの成分から分離する必要がある。この手順にはたいてい試料管の中の注目する細胞を含んだ試料を収集する処置が含まれる。そして、この試料は熱もしくは熱と試薬によって処理され、この熱もしくはそれに試薬を加えたものが細胞を破って管の溶液の中に核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）を放つことになる。あるいは、試料管を遠心分離器に据えて試料を沈降することにより細胞を他の試料成分から分離することができる。そして、結果として得られるペレットは適当な緩衝液によって再び懸濁状態とされ、上述したように細胞の溶解が行なわれる。この溶解がなされて拘束のない核酸を含む溶液は、ピペットあるいは他の適当な器具によって試料管から取り出される。そして、この溶液は他の管またはマイクロタイター容器に移されるが、これらの管または容器には下流における適切な用途で必要となる試薬が入っている。そのような用途の１つである、特定の核酸配列の増幅および検出では、プライマの配列、フルオレセイン検査、酵素、および他の試薬の追加が必要となる。そして、核酸は、例えば、ベクトン・ディキンソン・アンド・カンパニー社によって製造され、アンドリュースその他の者に対する特許である特許文献１に述べられているＢＤＰｒｏｂｅＴｅｃ（登録商標）ＥТシステムのような装置によって検出される。この特許の総べての内容はその特許に言及することによって本明細書に援用されるものである。
【０００３】
ピペット装置を適切に制御することによって試験管のような試料容器から液体を取り出すには、管における試料液体の液位を知りピペットを適切な深さまで下げるようにする必要がある。また、ピペットの先端がピペット装置に適切に接続したか否かを検出する必要もある。前者の、容器の液位を検出するための方法には導電率を用いるものがある。この方法では増幅器に接続した導電性のピペット先端を必要とし、このピペット先端がイオンを含む液に接触したとき増幅器はピペット先端の電気容量のわずかな変化を検出する。この公知のシステムでピペット先端の検出は、導電性のピペット先端の端を接地した導体に触れることによって実現できる。このアプローチの難点は、導電性のピペット先端が高価であることや、この方法がイオンを含む液体とでなければ有効に機能しない点である。換言すれば、液体が導電性でない場合は、この液体はピペット先端における導体の間の回路を完成するのに適した電気経路となることができないことである。
【０００４】
ピペット管における液位を測定するためのシステムおよび方法が、アテイク（Ａｔａｋｅ）に対して発行された特許の特許文献２に述べられており、それらはその特許に言及することによって本明細書に援用されるものである。アテイクのシステムおよび方法は、測定される液体を吸引し、１つの微小なピペット管内あるいは複数のピペット管内に液体を保持し、これらの管に、より大きな内径の貯蔵部とより小さな内径の細い管状部を持たせるものである。圧力計を含んでおり、これによって管または複数の管の位置水頭を測定することができる。測定されたピペット管における水頭と液体の比重を知ることにより、ピペット管に含まれている液体の量を確認することができる。
【０００５】
分子生物学上の手順で用いられる装置は、上述したピペット装置をロボテックスとともに組み込むことができ、これにより、正確にコントロールされた動きを生じさせて試料の生物学的液体を１つの容器から他の容器へ安全にかつ丁寧に移動させることができる。典型的には、これらのロボット利用の装置は、１つまたはそれ以上の上記ピペット先端に組み合せることが可能であり、エアーポンプまたは他の適した加圧装置を用いて試料の生物学的液体をピペット先端に引き込むものである。しかしながら、これらロボット利用のシステムは、目下のところ、ピペット先端に不備があるか否か、あるいはピペット先端がロボットによって適切に確保されたか否かを判断するのに適した機構をもっていない。
【０００６】
従って、容器内の液体試料の液位を判断するための改善されたシステムおよび方法が必要となる。また、液体試料の移動工程で用いられるロボット利用装置によって不備のあるピペット先端がいつ確保されたかを判断するためのシステムおよび方法も必要となる。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許第６，０４３，８８０号明細書
【０００８】
【特許文献２】
米国特許第４，７８０，８３３号明細書
【０００９】
【発明の概要】
従って、本発明の目的は、ピペット先端が容器内の液体と接触するようになるときを有効に判断し、そのようにして、特別の装備を用いることなく、または特別のタイプの液体試料だけが用いられる用途に限定されることなく、容器内の液体試料の液位を判断することができるシステムおよび方法を提供することにある。
【００１０】
加えて、本発明の目的は、今あるピペット技術を用いて、試料の移動を行なうロボット装置によって確保されたピペット先端の状態を判断し、これにより、ピペット先端が液体試料の中に入れられる前に、それに不備がある場合は除かれるようにして、試料の無駄にすることまたは試料の受容できない取り扱いを防ぐことにある。
【００１１】
本発明のこれらの目的および他の目的は、実質的に、ピペット先端の状態を判断するための方法であって、ノズル内の圧力を測定し、ノズルにピペット先端を確保し、ノズル内の前記圧力がピペット先端の確保に際して変化したか否かを判断し、圧力の変化に基づいて確保したピペット先端の状態を確認する、ステップを有したことを特徴とする判断方法を提供することによって達成される。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、実質的に、ピペット先端の状態を判断するための方法であって、ノズル内の圧力を測定し、ノズルにピペット先端を確保し、ピペット先端を確保する際のノズル内の最大圧力を判断し、最大圧力に到達した後の、圧力の変化の割合に基づいて、確保したピペット先端の状態を確認する、ステップを有したことを特徴とする判断方法を提供することによって達成される。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、実質的に、不備のないピペット先端を放出するための方法において、放出アセンブリを制御してピペット先端をノズルから外し、前記ノズル内に空気流を生じさせ、該空気流が当該ノズル内の圧力変化を生じさせるか否かを判断し、該判断するステップが、実質上圧力変化がないと判断したときは、不備のないピペット先端が外されていないと判断する、ステップを有したことを特徴とする方法を提供することによって達成される。
【００１４】
ピペット先端の状態を判断するためのシステムであって、ノズルと連通するエアーポンプと、ピペット先端がノズルによって確保されているときノズル内の空気圧の変化を測定するようにされた圧力変換器と、を具えたことを特徴とするシステムが提供される。
【００１５】
本発明により、不備のないピペット先端を放出するためのシステムであって、ノズルを備えたエアーポンプと、ピペット先端がノズルによって確保されている間、当該ノズル内の空気圧の変化を測定するようにされた圧力変換器と、不備のないピペット先端を放出するようにされた放出アセンブリと、を具えたことを特徴とするシステムがさらに提供される。
【００１６】
本発明により、ピペット先端を用いて容器内の液体の液位を検出するための方法であって、ピペット先端を当該ピペット先端を介した吸引を行なわずに容器内の液体に向けて移動させるステップであって、この移動の間に当該ピペット先端内の空気圧の変化を検出ステップと、前記空気圧の変化を検出したとき、ピペット先端が液体保持容器に入ったことを確認するステップと、を有したことを特徴とする方法がさらに提供される。
【００１７】
最後に、本発明により、ピペット先端を用いて容器内の液体の液位を検出するためのシステムであって、ノズルと連通するエアーポンプと、ピペット先端が液体保持容器内に入れられるときのノズル内の空気圧の変化を測定するようにされた圧力変換器と、を具えたことを特徴とするシステムがさらに提供される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の種々の特徴を説明する。これらの図では同様の要素は同じ符号で識別する。
【００１９】
図１および図２はロボットを利用したピペットシステムのピペット装置およびピペット先端の典型的な実施を説明する図であり、このシステムは、本発明の実施形態によるシステムおよび方法を用いて液体試料を操作するためのものである。ピペット装置２００は、ロボットのアーム１０２の端に取り付けられ、使い捨てできるピペット先端２０２をホルダーから取得してピペット装置のノズル２０４上に確保する。
【００２０】
使い捨てのピペット先端２０２は生物学上の（液体）試料２１８を診断の処置における１つの容器２１６から他の容器へ移すのに用いられる。それぞれの液体試料２１８の移動には新しいピペット先端２０２が必要であり、これによって液体試料２１８間で互に不純物が混じることを防止することができる。加えて、それぞれのピペット先端２０２はフィルタ２０６を含み、このフィルタにより液体試料２１８がピペット装置２００のノズル２０４を汚染することを防いでいる。図２に示されるように、ピペット装置２００はピストン２１０Ａを備えたエアーポンプ２１０のような加圧装置を用いる。エアーポンプ２１０の内部は、エアーポンプ室２１４と、エアーポンプ２１０内に形成される空洞内の空気圧を測定する圧力変換器２０８と連通した状態の、ピペット装置２００のノズル２０４およびピペット先端２０２となる。図２には、また開始位置２１２および過駆動位置２２４が示され、過駆動位置はエアーポンプ２１０内のピストン２１０Ａの行程長さを表わしている。
【００２１】
図３〜図６は、図１および図２に示したピペット装置２００とピペット先端２０２の産業上の利用の種々の図である。図３は正面図を示している。図３に示されるモータ３０２はリードスクリュー３０４に接続される。リードスクリュー３０４は、同様にピストン駆動棒３０６に接続される。ピストン駆動棒３０６は作動棒３１０Ａと作動棒３１０Ｂに接続されるが、これら作動棒３１０Ａ、３１０Ｂは、両方とも放出棒３１２に接続される。ばね３０８Ａ（左側）およびばね３０８Ｂ（右側）は本体部分３１４に作用して、ピストン駆動棒３０６と、作動棒３１０Ａ、３１０Ｂおよび放出棒３１２の下方への動きに抵抗する。ただし、ばね３０８Ａ、３０８Ｂは、主に、上記の各要素がそれらの静止位置に戻る際の助力となるようにしたものである。モータ３０２、リードスクリュー３０４、ピストン駆動棒３０６、ばね３０８Ａ、３０８Ｂ、作動棒３１０Ａ、３１０Ｂ、および放出棒３１２の組合せは、先端放出アセンブリを構成する。
【００２２】
先端放出アセンブリは、ピペット先端２０２がノズル２０４に容易に挿入されることを助長するようにされているが、さらに使用済みのピペット先端２０２および／または不備のあるピペット先端２０２を適切に放出するための信頼できる手段および方法を提供するものである。放出棒３１２はピペット先端２０２を物理的に放出するものである。放出棒３１２は複数の穴を有し、それぞれの穴はそれをノズル２０４が通り抜けることができるものであり、これにより、ノズルはピペット先端２０２の中に入ることが可能となる。ただし、ピペット先端２０２は放出棒３１２を通り抜けることはできない。これは、まさにピペット先端２０２の底にフランジ２０３があってその寸法が、ピペット２０２の本体より大きく、また、放出棒３１２の穴の径より大きいからである。加えて、放出棒３１２にはピペット先端アダプタがあり、これは上部アダプタフランジ３１８Ａと下部アダプタフランジ３１８Ｂとを備えたものである。上部アダプタフランジ３１８Ａと下部アダプタフランジ３１８Ｂはピペット先端２０２と結合して２点での密閉を生じさせ、これによってピペット装置２００とピペット先端２０２との間の気密な境界を生じさせる。
【００２３】
ピペット先端２０２を放出するには、モータ３０２がリードスクリュー３０４を回転させ、それにより、ピストン駆動棒３０６を下降させる。ピストン駆動棒３０６が下方へ移動しながら、その駆動棒は作動棒３１０Ａ、３１０Ｂを下降させる。この動きによって放出棒３１２を下方に移動させてピペット先端２０２のフランジ２０３に接触させる。フランジ２０３と放出棒３１２は接触し放出棒３１２がその下方への移動を続けるのに従って、放出棒はピペット先端２０２をそのノズル２０４との結合関係から放出する。その後、モータ３０２はその回転方向を変え、先端放出アセンブリの総ての要素が反対方向に動く。ばね３０８Ａ、３０８Ｂは、それらは下方への動きによって圧縮されているが、今度はそれが開放されて放出アセンブリ全体をその静止位置に付勢することを手助けする。図４〜図６は、ピペット装置２００とピペット先端２０２の異なる図を示している。図４は右側面図、図５は底部の斜視図、また、図６は正面斜視図である。
【００２４】
図７は、図１に示されたシステムとともに用いられるコントローラボードアセンブリの概念的なブロック図を示す。ロボットアーム１０２がコントローラアセンブリ７００の一部であるコントローラボード７２６によって制御されることは技術的に周知のことである。コントローラボード７２６はプロセッサ７１６とメモリ７１８を含むことができ、このメモリは、ロボットアーム１０２の動作とピペット装置２００を制御する実行可能ソフトウエア（システムソフトウエア）７２２を格納している。
【００２５】
一般に、コントローラアセンブリ７００は多くのロボットアーム１０２を制御できるようにされている。１つのコントーラボードによって制御可能なロボットアーム１０２の数はいくつかの要因に依存するが、コントローラボード上のプロセッサ７１６の処理能力、データ取得速度、メモリ量、ロボットアームが実行しなければならないタスクの難しさ、また、環境条件もしくは製造行程それ自体に関して取得されなければならないデータがどれだけあるかによって、制限されることはない。
【００２６】
さらに、図７に示されるように、典型的なコントローラアセンブリは、コントローラボード７２６、ディスプレイ７２４と組合せることが可能なデータおよびコントロールケーブル７０４Ａ−７０４Ｄおよび７０６、（ピストン２１０Ａの動作をコントールできる）モータ７０２、圧力変換器２０８およびロボットアーム１０２を含むものである。データおよびコントロールケーブル７０４Ａ−Ｃはまた、ある特定の用途では１つの連続したケーブルとすることもできる。上述したように、コントローラボード７２６はメモリ７１８を含む。このメモリはシステムソフトウエア７２２を含んで、内部バス７２３によってプロセッサ７１６に接続する。プロセッサ７１６は第２内部バス７２５によってネットワークカード３２０に接続でき、これにより、集められたデータをネットワークコンピュータ７３０ヘ転送し、また、コンピュータ７３０から転送することができる。プロセッサ７１６は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）７１２と入／出力装置（Ｉ／Ｏ）７０８Ａと内部バス７２３を介して連絡することができる。Ｉ／Ｏ７０８Ｂは異なるタイプのインターフェースである。これは、Ｉ／Ｏ７０８Ｂがアナログ信号を受け取るものだからであり、これらの信号は多くの場合、特別のケーブル配線および連結の技術を必要とし、これによって信号に対するノイズの結合を防ぐことができる。Ｉ／Ｏ７０８Ｂは多くの場合、この理由で完全なデジタル信号とは別のものとされる。受信したアナログ信号は先ずＡＭＰ／フィルタ７１４によって処理される。これは、増幅器、フィルタ、また、アナログ信号およびＡＤＣ７１２の特性によってはレベルシフタをも含むことができるものである。
【００２７】
コントローラアセンブリ７００は、本発明の実施形態に関連して用いられるものであり、１つのＡＤＣ７１２と増幅回路７１４を有したものとして示されている。一般に、増幅器７１４はフィルタをも含むことができ、このフィルタはコントローラボード７２６によって受信されるアナログ信号の特性によっては必要となるものである。コントローラボード７２６はロボットアーム１０２とコントロール／データバス７０４Ｂを介して通信する。コントロールバス７０４Ｂはプロセッサ７１６からロボットアーム１０２へ制御データを伝え、また、ロボットアーム１０２からのデータを受けて、それをプロセッサ７１６に伝える。このようにして、動作をコントロールするデータがロボットアーム１０２に与えられ、また、ロボットアーム１０２の動きを知らせる動作データがプロセッサ７１６に知らされ、これにより、ロボットアーム１０２の動きと位置を確認する手段が与えられる。このようなデータには、３軸（ｘ、ｙおよびｚ）の相対的な位置や絶対的な位置、相対速度や絶対速度、加速度、さらには３軸に関する角速度や角加速度も含まれる。
【００２８】
コントローラアセンブリ７００は、同様にしてモータ３０２と通信する。コントロール／データバス７０４Ａはモータ３０２へ制御データを伝え、このデータによりエアーポンプ２１０のピストン２１０Ａの動きを制御する。圧力変換器２０８は、アナログ圧力変換（ＡＰТ）信号７３２を出力してアナログ信号ライン７０６上を伝えられるが、このラインはコントローラボード上のＩ／Ｏ７０８Ｂに連結するものである。バイオテクノロジーや薬剤の産業で使用するべく、圧力変換器２０８は０．５ｐｓｉ（約３４４８ｐａ）の分解能で圧力を検出することができるものである。Ｉ／Ｏ７０８Ｂで受信された後、ＡＰТ信号７３２はＡＭＰ／フィルタ７１４２に入力する。そして、そこで調整されたＡＰТ信号７３４はＡＤＣ７１２に出力される。ＡＤＣ７１２は調整されたＡＰТ信号７３４をデジタル語に変換し、そのデジタル語はプロセッサ７１６によって処理され得るものである。このようにして、プロセッサ７１６はピペット装置における空気の圧力を確認し、また、本発明の方法により、ピペット装置２００における液体の量を決定することを含めて、ピペット先端２０２が液体試料２１８に入れられているか否か、および不備のピペット先端２０２がロボットアームによって確保されているか否か、また、不備のピペット先端でない場合はその先端がいつ廃棄されたかを判断する。
【００２９】
図８は、不備のないピペット先端についてそのピペット先端を確保している時間に対する空気圧の一例を表わす図である。ピペット先端２０２を確保する時、ロボットアーム１０２はピペット装置を、１つまたはそれ以上のピペット先端２０２を含むホルダーまで移動させる（図８における時間Т０）。ロボットアーム１０２は、その後、ピペット装置２００のノズル２０４をピペット先端２０２の上に位置させ、ノズル２０４をピペット先端の受け２０２Ａの中に押し入れる（図８における時間Т１）。ノズル２０４がピペット先端２０２に押し入れられとき、空気はフィルタ２０６を強制的に通される。これは図８における時間Т１とＴ２との間に発生する。図２を再び参照すると、空気はノズル２０４、フィルタ２０６およびピペット先端２０２の外側開口２２０を通って流れるが、フィルタ２０６が空気の流れを制限するため、空気圧が瞬間的に増加する。本発明の実施形態の記載において用いられる仕様は、圧力変換器２０８によって記録される空気圧の増加が正の値（ｘ軸より上）として表わされる。これは空気がピペット先端２０２に入り込む場合の状態である。空気が放出される場合、あるいは真空が作られる場合は、空気圧は減少するか、もしくは負の値となる。
【００３０】
圧力変換器２０８はノズル２０４とエアーポンプ２１０との間に装着されてこの瞬間的な空気圧の増加を検出し、これにより、システムソフトウエア７２２が不備のないピペット先端２０２が確保されており、また、フィルタ２０６がピペット先端２０２内にあることを確認することができる。
【００３１】
時間Ｔ２で、変換器２０８によって測定される空気圧は最大となり、時間Ｔ２からＴ３の間で減少し始める。フィルタ２０６によって、Ｔ２からＴ３の間に空気圧が０まで減少するようにする。これはフィルタ２０６が多孔質であることによるものである。Ｔ１からＴ２の間の時間、およびＴ２からＴ３の間の時間は、フィルタのタイプ（すなわち、どの材質を用い、また、どの製造方法を用いているか）に依っており、また、（Ｔ１からＴ２の間に）どのくらい速くノズル２０４がピペット先端２０２に挿入されるかに依っている。ある用途では空気圧は０まで戻ることが必要となる。ここで注意すべきは、不備のあるピペット先端２０２の場合、それが、例えばフィルタ２０６の多孔性がまったくないかあるいはほとんどないような、完全に塞がれたものであるときは、時間に対する空気圧の図が図８と同じようになることである。主な違いは、空気がフィルタ２０６を通って（少しでも可能である場合）ピペット先端２０２から流出するのに要する時間がより長くなる点である。この点が、図８において二点鎖線で示される。注意すべき点は、図８の二点鎖線は、時間Ｔ３′で最終的にはゼロに戻ることである。従って、不備のないピペット先端２０２と、完全にまたは部分的に塞がったフィルタ２０６による不備のあるピペット先端２０２との区別は、ピペット先端を挿入した後空気圧が最大になった後の、時間に対する空気圧の減少率を調べることによって可能となる。このことは、実験的になされる必要があるが、そのような方法は塞がったフィルタによる不備のあるピペット先端２０２の検出を確実なものとすることができる。
【００３２】
Ｔ１とＴ２との間に空気圧の増加が検出されなかった場合は、システムソフトウエア７２２はロボットアーム１０２に指示して、ピペット先端２０２を受け入れないようにするとともに、次ぎの位置から新しいピペット先端２０２を確保するようにする。不備のあるピペット先端２０２の放出について、その詳細を図９に関連して説明する。
【００３３】
図９は、ピペット先端を確保している間およびそれに続く不備のあるピペット先端の放出の間の、時間に対する空気圧の一例を表わす図である。図９の時間Ｔ０で、ロボットアーム１０２は移動させられて、これにより、ピペット先端２０２を確保することが可能となる。時間Ｔ１でピペット先端２０２は確保され、時間Ｔ１とＴ２の間の規定された期間にノズルが挿入される。前述したように、不備のないピペット先端２０２が確保された場合は、圧力変換器２０８によって測定される空気圧が正の変化をする。しかし、この場合には、ピペット先端２０２には不備があり、システムソフトウエア７２２は空気圧に変化がないことを認める。その結果、時間Ｔ２からＴ３で、ロボットアーム１０２はピペット装置２００を動かして不備のあるピペット先端２０２を捨てることができる位置まで移動させる。
【００３４】
ピペット先端２０２の放出の際、ロボットアーム１０２はピペット先端２０２の確保位置から、使用済みのまたは不備のあるピペット先端２０２を捨てることができる部分、たいていは廃棄容器の部分まで移動する。これは時間Ｔ２からＴ３までの間に発生する。ピペット先端２０２は、エアーポンプ２１０を過駆動してピストン２１０Ａをエアーポンプ室２１４内の過駆動位置２２４まで動かすことによってピペット装置２００から放出されるが、この場合に、装置は先端放出アセンブリと係合して不備のあるピペット先端２０２を廃棄容器の中ヘ放出する。これを生じさせる手順は図３〜図７に関して詳細に上述したものである。ピペット先端２０２に不備がある（すなわち、フィルタ２０６がない）ため、たとえピストン２１０Ａが過駆動位置２２４まで移動したとしても空気圧は変化しない。総ての空気は単に、ピペット先端２０２の制限のない開口２２０を通って流出するだけである。
【００３５】
ピストン２１０Ａは、その後その元の位置へ移動し、これは時間Ｔ４に発生するが、空気圧は変化しない。これはピペット装置２００内に空気の流れを制限するものがないからである。不備のピペット先端を放出した後、ロボットアーム１０２はピペット装置２００をその開始位置、または新しいピペット先端２０２を確保する位置へ移動させることができる。ロボットアームがピペット装置２００を移動させている間、ピストン２１０Ａはその過駆動動作から始めの状態に戻る。
【００３６】
図１０は、不備のないピペット先端を放出する間の、時間に対する空気圧の一例を表す図である。図１０では、不備のない先端が既に確保され、また、使用されているが、いずれにしろ、それを放出して、新たな使用のために新しいピペット先端２０２を確保するのが望ましい状態とする。
【００３７】
図１０の時間Ｔ１で、モータ３０２はピストン２１０Ａを過駆動位置２２４へ動かし始める。この動作はまた、リードスクリュー３０４を先端放出アセンブリに係合させ、そのアセンブリによって、最終的に放出棒３１２が不備のないピペット先端（複数の先端）２０２をノズル（複数のノズル）２０４から外す。これらは不備ないピペット先端２０２であるから、フィルタ２０６はエアーポンプ室２１４から強制的に押し出される空気を制限し空気圧は上昇する。圧力変換器２０８はこの圧力上昇を測定し、その情報はコントローラボード７２６に伝えられ、最終的にプロセッサ７１６に伝えられる。
【００３８】
時間Ｔ２には、先端放出アセンブリは放出棒３１２がピペット先端２０２をノズル２０４から外す位置まで動いている。時間Ｔ２とＴ３との間に空気圧の急な減少があり、測定される空気圧は、適切な放出では、読取りゼロまで、またはおおよそゼロまで低下する。一般に放出時間は急であるが、なだらかな場合もある。しかし、不備のないピペット先端が適切に放出される場合は、Ｔ２からＴ３にかけての空気圧の減少はきわめて急である。そのため、わずかな時間後のＴ４で、続いて読取られる空気圧はゼロまたはおおよそゼロを示し、圧力変換器２０８による測定は意味のある空気圧を示さない。
【００３９】
しかしながら、時間Ｔ４で、未だ意味のある空気圧の読みがある場合は、ピペット先端２０２の放出がうまくなされていないことを示している。測定される空気圧はその場合図１０における破線で示される。プロセッサ７１６は、空気圧が時間Ｔ４までには、あるいはさらに時間Ｔ５までにはゼロに戻るべきところ、戻っていないことを確認する。その結果、プロセッサは先端放出手順を再び試みる。図８を参照して説明した、不備のないピペット先端２０２を確保している場合のように、空気圧はフィルタ２０６の多孔特性のために最終的に減少し始める。これはＴ５での圧力の低下に示されるものである。時間Ｔ５からＴ６まで、ピストン２１０Ａはその元の位置２１２に戻り、空気圧をゼロまたはほぼゼロに戻す。そのいく時間か後のＴ７で、放出手順を再び始める。測定される空気圧は上昇し、時間Ｔ８で、放出アセンブリは放出がなされるべき位置に再び移動している。
【００４０】
このように、圧力変換器２０８を介して空気圧を測定することにより、プロセッサ７１６は不備のないピペット先端２０２が適切に放出されたか否かを判断し、そうでない場合は先端放出手順を再び実行することができる。
【００４１】
図１１は、液体試料にピペット先端を入れるときの、時間に対する空気圧の一例を表わす図である。液体試料２１８を移しかえるときは、ピペット先端２０２が容器２１６に入りこむ深さを制限することにより、液体があふれないようにすることや、ピペット先端２０２の外表面に集まる液体を最小にすることが必要となる。これは、ピペット先端が液体試料２１８に沈む間にピペット先端２０２内の圧力を監視し、ピペット先端が入り込むときを確認することによってなされる。
【００４２】
容器２１６内の液体２１８の圧力は圧力変換器２０８が発生する信号の値によって決定する。ピペット先端２０２を液体試料２１８にわずかに入れた場合、例えば、数ミリメートル入れた場合でも、それによって圧力変化を生じ、その変化は圧力変換器２０８およびシステムソフトウエアによって容易に確認できるものである。
【００４３】
ただし、ピペット先端２０２を液体２１８に数ミリメートル入れて信頼できる結果を得ることは、ある環境下では都合のよいものではない。ときには、残しておく液体がほんの少しで、または液体の移送はできるだけ速くすることが必要となることがある。そのため、ピペット先端２０２が入り込んだときを確認するための他の方法として、ポンプ２１０が吸引する間に空気と液体の界面２２２を通ってピペット先端２０２を動かす方法がある。この方法により、小さな容器２１６内の液体２１８のより少ない量を検出することができる。ミリメータ程度の少ない量の検出は、ピペット先端２０２が空気−液体界面２２２を極めて少ない量貫通すればよいということで可能となる。
【００４４】
図１１を参照すると、ピペット先端２０２を液体試料２１６に入れる前に、ロボットアーム１０２は、Ｔ０からＴ１の間の期間にピペット装置を所定の位置に移動させる。Ｔ１からＴ２の間にピペット先端２０２は液体試料２１８の中に入れられる。ピペット先端２０２が液体の中に沈むとき、液体試料２１８はピペット先端２０２内の空気を圧縮する。この圧縮は圧力の読みＰ１として表われる。所定圧力であるＰ１に達した後、システムソフトウエア７２２はロボットアーム１０２に命じて、ピペット先端２０２が容器２１６内にそれ以上入らないようにその移動を停止させる。これは時間Ｔ２に発生する。そして、ピペット装置２００は、液体試料をピペット先端２０２の開口２２０内に吸引するが、この場合、開口は液体試料２１８内に沈んでいる。これは、時間Ｔ２からＴ３にかけて発生し、また、Ｐ１からＰ２への圧力変化は逆になる。これはエアーポンプ２１０が真空を作り液体試料２１８をピペット先端２０２内に引き込むからである。液体がピペット先端２０２内に引きこまれるとき、ロボットアーム１０２はピペット先端２０２を容器２１６内へ下降させるが、その速度は吸引速度と容器２１６の径に基づいている。
【００４５】
ピペット先端に吸引される液体の量は圧力変換器２０８を用いて確認することができる。例えば、特許文献２は、その内容がその特許に言及することによって本明細書に援用されるものであるが、それには同種のピペット装置２００に引き込まれる液体試料の量を決定するためのシステムおよび方法が記載されており、液体の比重を知って液中上方の上部圧力を測定することが記載されている。
【００４６】
時間Ｔ３でピペット先端２０２での吸引を停止する。測定される空気圧はＰ２からＰ３の間に定まる。Ｐ３はピペット先端２０２の液体の量にそのまま対応する空気圧である。Ｐ２は吸引される液体の量と吸引された液体試料２１８Ａのピペット先端２０２（の内壁面）境界に対する表面張力による摩擦力との和に等しい空気圧である。液体が引き上げられるとき、摩擦によってその移動は抵抗を受ける。この摩擦は、液体の表面張力によって生じ、また、この表面張力にそのまま比例する。吸引が終わると、同様に、液体の動きと液体の表面張力による摩擦の作用は終わる。従って、時間Ｔ４では、測定される空気圧は吸引された液体試料２１８Ａの重量に等しくなり、その（事前に知られている）比重を用いることにより、液体の量を同様に知ることができる。
【００４７】
Ｔ４からＴ５にかけて、ロボットアーム１０２は、システムソフトウエア７２２のコマンドによって、ピペット装置２００を他の位置へ移動する。そこには他の容器２１６Ａを配置することができ、そこに吸引した液体を分配することができる。時間Ｔ５でピストン２１０Ａは吸引した液体を排出し始め、時間Ｔ６で液体の所期量が排出される。結果として生じる圧力である、Ｐ４ＡまたはＰ４Ｂは、まだ負（すなわち、吸引された液体が少しだけ排出され、液体を保持する負圧となっている場合）であるか、または正（すなわち、総てのまたはほとんど総ての液体が排出されてより大きなポンプ作用の力が必要な場合）である。
【００４８】
図１２は本発明の実施形態による第１の方法を示すフローチャートである。図１２に示されるフローチャートは、前述した、不備のあるピペット先端を検出するための方法における処置を示している。この方法はステップ１２０２で開始され、この処置では圧力変換器２０８は第１の空気圧を測定し、この第１空気圧がプロセッサ７１６によって記録される。ステップ１２０４で、ロボットアーム１０２はピペット装置２００を動かしてノズル２０４をピペット先端２０２の受け２０２Ａの上を覆って挿入するようにする。ステップ１２０６では、ピペット先端２０２がノズル２０４の上側に入れられた直後、第２の空気圧が測定されて記録される。そして、プロセッサ７１６は、第１空気圧と第２空気圧とを較べる。第２空気圧の方が第１空気圧より大きい場合は、不備のないピペット先端２０２がロボットアーム１０２によって確保されており、そのピペット先端は液体を得るために用いられる（判定ボックス１２０８からのイエス経路１２１０）。
【００４９】
一方、第１空気圧と第２空気圧とが実質的に同じ場合、すなわち、ロボットアームによって確保されているピペット先端２０２の空気圧に変化がない場合は、プロセッサ７１６は不備のあるピペット先端２０２が確保されていると判断し、図９に関して説明した放出処理を働かせる（判断ボックス１２０８からのノー経路１２１２）。
【００５０】
図１３は本発明の他の実施形態による第２の方法を示すフローチャートである。図１３に示されるフローチャートは、前述した、不備のないピペット先端が放出されているか否かを判断するための方法における処置を示している。図１３による方法はステップ１３０２で開始する。ステップ１３０２では、圧力変換器２０８によって空気圧が連続的に測定され、それがプロセッサ７１６によって記録される。そして、ステップ１３０４で、プロセッサ７１６は不備のないピペット先端２０２を放出することを決定し、ロボットアームに先端放出アセンブリの係合を行なわせる。先端放出アセンブリの係合とは、図３〜図６を参照して記載したように、モータ３０２がエアーポンプ２１０の過駆動を始めてリードスクリュー３０４を回転させることなどである。ピストンがその過駆動位置２２４に到達する際、プロセッサ７１６は測定される空気圧を再び監視する。この時点で、先端放出アセンブリはピペット先端（複数の先端）２０２をノズル（複数のノズル）から外していなければならない。従って、ステップ１３０８では、プロセッサ７１６は、ピストン２１０Ａが過駆動位置２２４に到達する直前の空気圧とピストンが過駆動位置２２４に到達した直後の空気圧とを比較し、空気圧の実質的で急な減少が起きたか否かを判断する。この空気圧の減少は、ピペット先端２０２が強制的にノズル２０４から放出されて、エアーポンプ室２１４およびピペット先端の受け２０２Ａ内の圧縮された空気が大気に開放されたときに、空気が急に流出することによって生じる。測定される空気圧に急で実質的な減少がある場合は、ピペット先端２０２は適切に放出される（判断ボックス１３０８からのイエス経路１３１０）。
【００５１】
一方、ピストン２１０Ａが過駆動位置２２４に到達する直前の空気圧とピストンが過駆動位置２２４に到達した直後の空気圧との間に、急で実質的な空気圧の減少がない場合は、プロセッサ７１６は、ピペット先端２０２が適切に放出されていないと判断する（判断ボックス１３０８からのノー経路１３１２）。このことによって、ピストン２１０Ａを中間位置（すなわち、その始めの位置と過駆動位置との間）に戻し、ピペット先端２０２を放出する手順を再び始める（すなわち、ステップ１３０４に戻る）。これは、ピペット先端２０２が適切に放出されるまで数回行うこともできる。
【００５２】
上述された実施形態は単に例として示されたものであり、本発明がそれらに限定されるものでないことを理解しなければならない。本発明を、その趣旨と範囲を離れることなく上述されたもの以外の特定の形態で実施できることはもちろんである。さらなる変形や改善は、それらがここで開示されまた請求された、根底にある基本的な原則を維持するものは、本発明の趣旨と範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態によるシステムおよび方法を用いた液体試料を操作するための自動機械ピペットシステムの典型的な実施を示す図である。
【図２】図１に示されるシステムで用いられるピペット装置およびピペット先端を断面で示す概念的なブロック図である。
【図３】ピペット装置の工業上の利用を示す正面図である。
【図４】上記ピペット装置の右側側面図である。
【図５】ピペット装置を底部から見た斜視図である。
【図６】ピペット装置を正面から見た斜視図である。
【図７】図１に示されるシステムで用いられるコントローラボードを示す概念的なブロック図である。
【図８】不備のないピペット先端についてそのピペット先端を確保している時間に対する空気圧の一例を表わす示す図である。
【図９】ピペット先端を確保している間およびそれに続く不備のあるピペット先端の放出の間の、時間に対する空気圧の一例を表わす図である。
【図１０】不備のないピペット先端を放出する間の、時間に対する空気圧の一例を表す図である。
【図１１】液体試料にピペット先端を入れるときの、時間に対する空気圧の一例を表わす図である。
【図１２】本発明の実施形態による第１方法の１例を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の他の実施形態による第２方法の１例を示すフローチャートである。
【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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【外国語明細書】
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