(57)【要約】      （修正有）【課題】組織アレイ作製用器具の提供。【解決手段】包埋組織の一連の供与体ブロック４６中の関心ある領域からコアを取り出すことにより、生物学的組織のアレイを作製することができる。取り出されたコアは、受容体ブロック４５中に規則的な配列で配置される。これは、典型的には２つの異なるパンチ (一方は関心あるコアを取得するため、他方は受容体ブロック４５中に受け入れ用の穴を作製するため) を用いて行われる。各パンチごとにそれぞれ１つの、２つの別個のｚ軸駆動機構を備えた、かかるシステムからなる。各パンチはそれ専用のスタイレットを備え、各パンチの軸はその駆動機構の軸と平行である。或いは、単一のｚ軸駆動機構を備え、そのｚ軸駆動機構に設けたホルダーへの着脱により２以上のパンチを自動的に交換するメカニズムを設けたものとする。【選択図】図４
2004215667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受容体ブロック内に組織のアレイを作製するための器具であって、
それぞれがパンチ・ハブを持つパンチとスタイレット・ハブを持つスタイレットとを備える、第１および第２のパンチユニット、
少なくとも１つの供与体ブロックを保持する手段、
少なくとも１つの受容体ブロックを保持する手段、
該パンチの１つを一度で取り外し可能に精確に保持するグリップ手段、
該グリップ手段に組合わせた、該スタイレット・ハブを該パンチ・ハブに対して移動させる手段、
該パンチ・ハブを該供与体ブロック保持手段と該受容体ブロック保持手段の少なくとも一方に対して精確に移動および位置決めする手段、
を備え、該グリップ手段が該パンチを個別に受け入れ、移動させ、かつ取り外すようになっている器具。
【請求項２】
前記グリップ手段がｚ軸方向の移動手段を備える、請求項１に記載の器具。
【請求項３】
前記供与体ブロックおよび受容体ブロックの保持手段が、前記グリップ手段に対して前記供与体ブロック保持手段および受容体ブロック保持手段を選択的に再配置するためのｘ軸およびｙ軸の移動手段を備える、請求項１に記載の器具。
【請求項４】
前記供与体ブロックおよび受容体ブロックの保持手段が、ｚ軸を軸として回転可能なターンテーブル上に設けられてている、請求項１に記載の器具。
【請求項５】
１または２以上の移動が動力駆動機構を介したコンピューターまたは手動による制御下にある、請求項１に記載の器具。
【請求項６】
供与体ブロック保持手段と受容体ブロック保持手段とが異なるプラットフォーム上に設けられている、請求項１に記載の器具。
【請求項７】
前記供与体ブロックを保持するプラットフォームと受容体ブロックを保持するプラットフォームの一方がｘ軸とｙ軸の少なくとも一方に移動可能であり、他方の前記プラットフォームがｚ軸を軸として回転可能なターンテーブルにより形成される、請求項６に記載の器具。
【請求項８】
供与体ブロック保持手段と受容体ブロック保持手段とが同じプラットフォーム上に設けられている、請求項１記載の器具。  
【請求項９】
スタイレットの先端のパンチ内部に設けられた一定量の伸縮性の充填材料をさらに備える、請求項１に記載の器具。
【請求項１０】
前記伸縮性の充填材料がエラストマーである、請求項９に記載の器具。
【請求項１１】
前記スタイレットが制御された力を加えることができるアクチュエーターにより駆動される、請求項１に記載の器具。
【請求項１２】
前記スタイレットの行程長さを前記スタイレット・アクチュエーターにより制御することができる、請求項１に記載の器具。
【請求項１３】
前記スタイレット・アクチュエーターがコンピューターを介して行程長さの制御を行う、請求項１に記載の器具。
【請求項１４】
ブロック類を収容したマガジン (待機場所) をさらに備え、それが、前記器具にブロックを供給し、および／または前記器具からブロックを受け取る手段と共働する、請求項１に記載の器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
生物学的組織のアレイ（配列サンプル）は、一連の包埋組織の供与体 (ドナー）ブロック中の関心領域からそれぞれコアを取り出すことにより作成することができる。取り出された各コアは、１つの受容体 (レシピエント）ブロック内に規則的な配列で置かれる。この操作は典型的には２つの異なるパンチを用いて行われる。一方のパンチは関心あるコアを得るためで、他方のパンチは受容体ブロック中に受入れ穴を作成するためである。本発明は、組織アレイの自動化作成のための簡便かつ経済的なシステムおよび装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生物学的組織アレイは、包埋した生物学的組織の多くのコアを、典型的にはコア内の組織のために最初に使用したのと同一の包埋材料からなる、１つの薄片切り出し可能なブロック内に配置した規則的な配列から構成される。この新たなブロックを、慣用手段（マイクロトームなど）により薄片状に切り出して、それぞれが数十、数百、さらには千以上の異なる組織の種類を含んだ多数のほぼ同一の切片を作成することができる。これらの切片は組織化学的および他のアッセイに使用しうる。これらの切片のいずれか１つについて行ったどの試験も、数百のサンプルについて一度に有効に実施されることになる。その結果、作業と時間が著しく節約され、対照サンプルの利用可能性と精度もいくらか増大する。組織アレイは、従来は完全な手作業でで作製されてきた (Battifora, H.,「多腫瘍 (ソーセージ) 組織ブロック：新規な免疫組織化学的抗体検査方法」Lavoratory Investigation, Vol. 55, pp. 244-248, 1986) が、多様な生物学的用途に対して機械的メカニズムの助けも借りてきた (Kononen ら, 「腫瘍標本の高処理量分子プロファイリングのための組織マイクロアレイ」Nature Medicine, Vol. 4, No. 7, 1998年７月, pp. 844-847)。
【０００３】
手動の器具が「組織アレイ作製器具」と題する米国特許第6,103,518 号(Leighton)に記載されている。従来の手作業の方法は、スピード、精度および器具密度の増大により、器具を使用する方法にかなり置き換わってきた。これらの器具では２つの中空ニードル様のパンチが使用される。やや小さい一方のパンチは、典型的にはパラフィンまたは他の包埋媒質からなる受容体ブロックの中に穴を形成するのに使用される。もう１つのやや大きい方のパンチは、関心ある生物学的組織が包埋されている供与体ブロックからコアのサンプルを得るのに使用される。２つのパンチは、供与体ブロックから得られたサンプルが受容体ブロック内に形成された穴の中にぴったり嵌まるような寸法とする。こうして、サンプルは受容体ブロック内にぴったり嵌まった状態となり、精確なアレイを作成することができる。
【０００４】
受容体ブロックはプロセス全体を通して適当な固定状態に保持される。但し、一組の複数の供与体ブロックから２以上のアレイを作成するために、受容体ブロックが取り外されて、他の１または２以上の受容体ブロックと交代させることもある。マイクロメーター駆動機構または他の高精度の直線位置決め手段によって、受容体ブロックに対するパンチの位置決め、またはパンチに対する受容体ブロックの位置決めを行う。マイクロメーター駆動機構の所定の設定に対して、受容体パンチが受容体ブロック上で到達するのと同じｘ軸、ｙ軸位置に、供与体パンチも正確に到達することが当然望ましい。そうでないと、獲得されたサンプルが、そのサンプルのために作られたばかりの穴の中にスムースに入っていかず、代わりに傷ついたり、または失われてしまう。また、この移動が確実かつ安価に達成されることがさらに望ましい。
【０００５】
上記Kononen らの論文には、スライド部材(slide) と駆動機構とを使用して、まず受容体パンチを中央位置に移動させ、そして交互に供与体パンチもそうすることが教えられている。このメカニズムは、煩雑で、高価で、遅く、しかも整列不良のエラーを起こし易い。Kononen らが教えるような、45°といった中間角度でスライド部材を使用することは、高さ方向の位置決めの小さな誤差が横方向の対応する誤差につながることがあり、その逆も同じであることから、特に問題が多い。
【０００６】
「組織アレイ作製用器具」と題するLeightonの米国特許第6,103,518 号は、２つのパンチに単一のｚ軸スライド部材または駆動機構を共有させるターレットまたは他の手段を教えている。このメカニズムは、手で操作される単純な器具には適しているが、全ての移動 (動作) が動力で動くアクチュエーター (油圧、電気等) により駆動される自動化器具の場合には具合が悪いことがある。特別な動作メカニズムを機械加工で作製して組み込む必要があり、標準的な部品は利用できない。
【０００７】
上述したシステム類は動作可能ではあるが、完全に自動化することができ、しかも上記システムより少ない自動化制御部品からなるシステムがなお求められている。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第6,103,518 号
【非特許文献１】Battifora, H., Lavoratory Investigation, Vol.55, pp.244-248, 1986
【非特許文献２】Kononen et al, Nature Medicine, Vol.4, No.7, 1998年７月, pp.844-847
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、従来技術の厄介な特質と遅い速度を克服して、任意の組織アレイ器具における２つのパンチの交互位置決めの単純で精確な手段を提供することである。また、エラーを生じにくい自動化器具を作製する手段を提供することも本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、２つのパンチ（供与体用と受容体用）を完全に分離し、それぞれにその各自のスタイレットを備える（上記装置とは異なる）と共に、その各自のｚ軸駆動機構をも備える（Leightonの米国特許とは異なる）。供与体ブロックと受容体ブロックの異なる領域を任意の配列具(arrayer) においてパンチの下側位置にもってくるのに存在させなければならないｘ軸およびｙ軸駆動機構は、必要に応じて関心ある地点を順番にいずれかのパンチの下側に位置させるように適当なオフセット値で簡単にプログラミングすることができる。
【００１１】
このオフセット値は今度はコントロールに使用されるので、これは次のようなさらなる改善のためにも使用されうる：２つのパンチの先端の位置を、供与体ブロックおよび受容体ブロックと同じパレット上に装着されたセンサーにより定期的に自動測定することができる。従って、それらの位置が動いてしまった時には (ことによると、より緻密なブロックまたは不規則性に遭遇したためか、またはことによるとオペレーターまたは外部物体により乱されたか、または単に設置中の新たなパンチに取り替えたために) 、いつでも新たな位置を測定して、その測定値をオフセット値を更新するために自動的に使用することができる。
【００１２】
ａ) ブロックを保持するパレット上に装着されたセンサーにより先端位置を検知することと、
ｂ) ２つの異なるｚ軸駆動機構、
という、この新規な組合わせにより、標準的な部品 (コンポーネント) を使用して、環境上の攻撃や機械的なずれに直面した際のエラー強さのあるシステムを構築することが可能となる。
【００１３】
各ｚ軸駆動機構は、そのそれぞれのパンチをパンチの軸と同方向に移動させる。第１に、各駆動機構は、そのパンチを受容体ブロックおよび供与体ブロックの道程から完全に外れて移動させることができるが、それは、例えば、他方のパンチが使用中であるか、またはパンチの下側のブロック上の異なる地点に移動させるためか、または観察のために、ｘ軸駆動機構および／もしくはｙ軸駆動機構が使用中である場合である。第二に、各駆動機構は、そのパンチを、例えば、供与体のコアを受容体ブロック中に置くために、ブロックの表面にちょうど接触させるか、または接触間近になるように移動させることができる。第３に、各駆動機構は、そのパンチを、例えば、受容体ブロックからブランクのコアを、または供与体ブロックから組織コアを、取得して取り出すために、ブロックの中まで移動させることができる。
【００１４】
２つの駆動機構のそれぞれが、そのパンチを道程内に、および道程から外れて移動させることができ、さらに適切なブロックに接触したり、または貫入するようにそれを移動させることができるので、２つのパンチには２個の駆動機構しか必要とされない。本発明者が共同発明者となっている係属中の別の米国特許出願では、４つの駆動機構が必要であり、その２つは２つのパンチの所定位置への配置と取り出しのためであり、残り２つは２つのパンチのブロック内およびブロック外への移動のたである。上記Leightonの米国特許では、手動操作を想定しているが、仮にこのシステムを自動化しようとすると、２つの駆動機構が必要となるが、それらは２つの異なる種類のものとする必要がある。即ち、一方はターレットをある位置から別の位置に切り換えるためであり、もう１つはターレットを上下に移動させるためである。その結果、コストがより高くなるが、それは、２つの異なる種類の駆動機構は、２つの異なる種類の動きをするように設計し、製造する必要があるからである。本発明では、２つの駆動機構は同一とすることができるので、低コストかつ単純になる。
【００１５】
例えば、異なる用途のためのサイズの異なるパンチの間での迅速な交換を可能にするために、それぞれ各自の駆動機構を備えた３つ以上のパンチを使用することも本発明の範囲内である。
【００１６】
この改良点を採用したシステムの残りの構成は、従来技術において既に説明されているのと同様でよい。例えば、パンチング機構をブロックの上側で、またはブロックをパンチング機構の下側で位置決めするには、動力式または手動のマイクロメーター駆動機構等を使用しうる。供与体ブロックを受容体ブロックの上に支持するために着脱自在のブリッジを使用してもよく、或いは、供与体ブロックを受容体ブロックを保持しているのと同じパレットに取り付けてもよい。後者の配置は、同じｘ軸およびｙ軸駆動機構およびスライド部材を、供与体ブロックと受容体ブロックの両方に使用することを可能にする。
【００１７】
本発明のさらなる発展態様では、本発明者は、全ての従来技術において、２つの異なるパンチは、そのメカニズムまたは駆動機構の一部の中に永久に保持されるべきであるというのが普通の考えであったということを実感した。明らかに、従来は、複数のパンチを各自のホルダー (保持部材) 中に永久に保持することが精度および正確な整列を確保するのに必要であったと考えられてきたか、または単一の専用の機械における操作上の単純さと速度という主な目標のせいで、１組のｘ−ｙ−ｚ軸を使用して、２以上のパンチの１つを最初に、次に残りのパンチを、ｘ、ｙ、ｚの１つの軸の作業端部上の所定位置に交互に配置するためのメカニズムを追加するという可能性に対して、この分野の当業者が気づかなかったものと考えられうる。
【００１８】
本発明者は、予想外にも、従来技術の２種類の異なる駆動機構が必要ないことを見出し、任意の組織アレイ器具中で２つの異なるパンチを交互に位置決めすることにより組織アレイを形成する単純かつ高精度の手段を開発した。
【００１９】
本発明は、２つのパンチ (供与体用および受容体用) を完全に分離して、それぞれにその各自のスタイレットを備える（Kononen らとは異なる）と共に、単一のｚ軸駆動機構を使用し（Leightonの米国特許に開示されている２種類のｚ軸駆動機構とは異なる）、複雑なターレットまたはスライダ手段 (例えば、「組織アレイ作製器具」と題するLeightonの米国特許第6,103,518 号に開示されているような) は利用しない。この従来技術に対する改良点は、１つの移動するグリップ (掴み) 手段兼アクチュエーターにより自動的かつ交互に保持され得る交換可能なパンチを使用することを含む。
【００２０】
多くの実験室用自動制御機構において一般的な位置決めのために存在させるｘ、ｙおよびｚ軸駆動機構を単純にプログラミングして、アクティブな (作用中の) パンチを供与体ブロックまたは受容体ブロックに対する適切な位置にもってきてパンチングを行うことができるだけでなく、パンチ・ホルダーをマガジン (待機) または保管領域にもってきて、一方のパンチをリリースする (取り外す) か、別のパンチを獲得することもできる。
【００２１】
２つのパンチの先端の位置は、供与体ブロックおよび受容体ブロックと同じパレット上に装着されたセンサーにより定期的に自動測定され得る。それらの位置が動くことがあっても (ことによると、より緻密なブロックまたは不規則性に遭遇したためか、またはことによるとオペレーターまたは外部物体により乱されたか、または単に設置中の新たなパンチに取り替えたために) 、新たな位置がいつでも測定され、この測定値がオフセット値を更新するために自動的に使用されうる。ブロックを保持するパレット上に装着された１つのセンサーで先端位置を検知することにより、標準的な部品を使用して、環境上の攻撃や機械的なずれに直面した際のエラー強さのあるシステムを構築することが可能となる。この位置検知を使用して、パンチを自動的に交互に交換することにより生ずる先端位置の変動を克服することもできる。
【００２２】
典型的には、上記の複数のパンチは、供与体ブロックと受容体ブロックを保持しているのと同じ基体に取り付けられた単純なホルダー内に格納され、別の１つの相補的なホルダーまたはグリップ手段が、この基体に対してｘ、ｙおよびｚ軸方向に移動することができる部材またはアームに取り付けられている。 (もちろん、当業者には自明の各種の組合わせの動きが可能である。例えば、基体を基準の実験室フレームに対して固定し、アームをｘ、ｙおよびｚ軸方向に移動させる方式、または基体をｘ軸およびｙ軸方向に移動させ、アームはｚ軸方向だけに移動させる方式、または基体をｘ軸方向に移動させ、アームをｙ軸およびｚ軸方向に移動させる方式等。ｚ軸方向の移動とは、パンチと供与体ブロックまたは受容体ブロックとの間の相対的な移動を意味すると理解すべきである。) ホルダーまたはグリップ手段は、その器具の操作の残りを制御するのと同じコンピューターまたはコントローラーにより、グリップ (掴み) モードとリリース (離し) モードとの間で切り換えることができるが、グリップとリリースは、保持位置に対するグリップ手段の接近および後退により作動される完全な機械作動式としてもよい。
【００２３】
適切なパンチがグリップ手段にしっかり保持されたら、動き (移動) 駆動機構が、そのパンチを、受容体ブロック内に複数の穴を穿孔し、廃棄物を廃棄物受け器に放出し、供与体ブロックから組織を取得するか、または受容体ブロックに組織を挿入するのに適切な位置に移動させることができる。表面検知装置は、移動アームに永久に取り付けられたものであるか、または必要な時にパンチの１つの代わりに捕捉されることができる別のツールであってもい。
【００２４】
２つのパンチのそれぞれが、同じ軸により捕捉されて使用されうるため、各パンチには１つのｘ、ｙ、ｚ軸駆動システムしか必要とされない。２つのパンチを所定位置に、および所定位置から移動させるのに２つ、これらのパンチをブロック内に、およびブロックから移動させるのに１つ、そしてブロックのｘ軸、ｙ軸移動のために２つと、６つの駆動機構が必要となるKononen らと比較されたい。Leighton (「組織アレイ作製器具」と題する米国特許第6,103,518 号) では、手動操作を想定しているが、仮にこのシステムを自動化しようとすると、４つの駆動機構が必要となり、そして、それらは２つの異なる種類のものとする必要がある。即ち、一方はターレットをある位置から別の位置に切り換えるためであり、もう１つはターレットを上下に移動させるためである。その結果、コストがより高くなるが、それは、２つの異なる種類の駆動機構は、２つの異なる種類の動きをするように設計し、製造する必要があるからである。
【００２５】
本発明では、標準的な実験室用の自動制御機構を使用するので、コスト低減と単純化に結びつく。
上の説明では、説明を簡単にするために２つのパンチを採用しているが、例えば、異なる用途のためのサイズの異なるパンチの間での迅速な交換を可能にするために、それぞれ同一基体上の類似のホルダー内に格納されている３つ以上のパンチを使用することも、もちろん本発明の範囲内であることは容易に理解されよう。パンチ・ホルダーを、ブロック移動ツール、ブロックのラベルつけツール、または他のツールもしくは装置を保持するために使用することも可能である。
【００２６】
本発明のシステムの残りの構成は、従来技術において既に説明されているのと同様でよい。例えば、パンチング機構をブロックの上側で、またはブロックをパンチング機構の下側で位置決めするために、動力式または手動のマイクロメーター駆動機構等を使用してもよい。供与体ブロックを受容体ブロックの上に支持するために着脱自在のブリッジを使用してもよく、或いは、供与体ブロックを受容体ブロックを保持するのと同じパレットに取り付けてもよい。後者の配置は、同じｘ軸およびｙ軸駆動機構およびスライド部材を、供与体ブロックと受容体ブロックの両方に使用することを可能にする。或いは、受容体ブロックと供与体ブロックに別個のｘ軸、ｙ軸駆動システムを使用することもできよう。これはより複雑となるが、生産性の高いシステムの場合にはより速い操作を可能にすることができる。
【００２７】
本発明の技術思想と目的のより詳しい理解については、添付図面を取り込んだ以下の詳しい説明を参照すべきである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、単純で速く、かつ自動化が容易な組織アレイ作製手段を提供する。従来技術に対する改良は、本発明の第１の側面では、各パンチに対して１つずつの別個のｚ軸 (駆動機構) を使用することに帰すことができ、および／または、従来技術の２種類の自動制御機構が不要となって、任意の組織アレイ器具において、２つの異なるパンチを交互に位置決めすることにより単純で高精度の組織アレイの形成手段を開発したことである。
【００２９】
本発明の第２の態様では、２つのパンチ（供与体パンチと受容体パンチ）を完全に分離して、それぞれに専用のスタイレットを設け (Kononen et al とは異なる) 、複雑なターレットまたはスライダー手段 (例えば、「組織アレイ作製器具」と題するLeightonの米国特許第6,103,518 号に開示されているような) は利用せずに、１つまたは２つのｚ軸駆動機構を使用することにより、自動化の単純化が達成される。従って、従来技術に対する改良は、１つの移動するグリップ手段兼アクチュエーターにより自動的かつ交互に保持され得る交換可能なパンチを使用することも含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
別の新規な特徴については以下に詳述する。
スタイレットの端部の充填部材またはパッキング
コアがスタイレットに沿ってはみ出て、傷ついたりおよび／またはなくなったりすることがないように、スタイレットとパンチとの間の隙間をシールするために充填部材またはパッキングをスタイレットの端部に設けることができる。
【００３１】
従来技術では、スタイレットは金属製パンチの管内を摺動する金属ワイヤーである。このかなり粗雑な配置は機能するが、機能が組織型、温度およびワイヤーと管との嵌まり具合に依存し、組織によっては、ワイヤーと管との間からはみ出てしまい、組織の予想し得ない損失を生ずることがある。これは、組織の単なる損失に加え、スタイレットの下側の組織の量が違ってきて、深さが不均一なアレイが作製されるという別の問題も引き起こす。この不均一さにより、そのアレイブロックから切り出すことができる有用な切片の歩留まりが著しく低減することになる。
【００３２】
本発明は、この組織の外部はみ出しを防止するために、各スタイレットの先端に小片状の充填部材またはパッキングを使用することを含む。この小片は好ましくは、ポリウレタン、天然ゴムまたはポリ塩化ビニル等のエラストマー材料とすることができる。この小片は、選択した材料のシートから、そのパンチを打抜き型として用いて、正確な寸法の円板を厳密に打抜くことにより、パンチにぴったり嵌まるものとすることができる。
【００３３】
スタイレットの力制御
一方または両方のスタイレットの駆動機構を、所定の力を加えると同時に、精確な位置に移動するように設計して、コアをパンチによるより良好なグリップ (掴み) とブロックからのコアのより容易な取り出しのためにコアのタンピング (つき固め) を可能にすることができる。
【００３４】
本発明者らが自動化組織アレイ装置に関して気づいている最も近い装置は、スタイレットの位置の制御だけを使用する。これは、組織またはワックスのコアを得ている際か、または受容体ブロックに組織コアを挿入するためにパンチの端部と同一面まで押し下げている際に、スタイレットをコアの道程から完全に外れるように引き抜くことしかできないという欠点がある。理論上は中間位置も可能であるが、スタイレットに対する適切な中間位置を計算するためのワックスプラグの精確な長さの情報を自動化機械が持っていないことから、中間位置は有用ではない。コアをブロックから確実に抜き取ることが問題となっていた原因は、組織の種類、ワックスの種類、温度およびパンチ形状の組合わせである。パンチがコアを切り出しても、コアの底面はブロックになお保持されていて、パンチの側面に沿った摩擦は、コアをつかんで、その底面がブロックにつながっているのを切り放すのに十分ではないため、コアが取り出されない。
【００３５】
本発明は、空気圧または油圧シリンダーの手段といった、スタイレットに加わる力の制御機構を備える。この制御された力は、コアを、パンチから出て組織ブロックの中へ完全に押し出すか、または抜き出される直前にコアをタンピングするための中間値に押すのに十分な高さに設定することができる。タンピングにより、コアは軸方向に圧縮するので、半径方向には膨らんでパンチの円筒壁面に当たるようになる。この半径方向の力の増大により、コアに対するパンチのグリップ (つかみ) がより強くなり、パンチがコアを引き抜くことが可能となる。この現象はいくらか直観に反している。というのは、初期の自動化機械のユーザーの一部は、軸方向に力を加えると、コアをパンチから完全に押し出してしまうだろうと考えていたからである。実際、スタイレットをパンチ管の末端までの全道程まで押し込むように大きな力を使用した場合には、コアはパンチから押し出されてしまうであろう。自動化機械の初期の説明は、スタイレットがその全ストローク (行程) の一端と他端のいずれかの位置にある単純なサイクルを教えている。
【００３６】
制御された力は、空気圧、油圧、電流制御モーター、任意の種類のアクチュエーターに対する力センサーを備えたフィードバックシステム、またはスプリングと各種メカニズムとの組合わせといった、本技術分野で周知の任意の手法により加えることができる。
【００３７】
本発明を以下に図面に示した態様に関してより詳しく説明する。
図１において、パンチ１および２は、それぞれアーム３および４により保持され、駆動機構５および６により垂直方向に動く。この２つのパンチのそれぞれに、スタイレット７および８がそれぞれ設けられている。スタイレットは、アクチュエーター９および10により、パンチに対して垂直方向に動く。スタイレットのアクチュエーターには駆動機構11および12が設けられている。コンピューター13がすべての駆動機構およびアクチュエーターを制御する。パレット14はアクチュエーター17および18によりｘ軸およびｙ軸方向に動く。このパレットは受容体ブロック15、供与体ブロック16、廃棄物受け器19およびセンサー20を保持している。センサー20はスタイレットを検出し、パレットに対するパンチの位置をコンピューターが見つけるのを可能にする。別のセンサー、リミットスイッチ、エンコーダーおよびフィードバック要素も必要になるかも知れないが、それらの使用は本技術分野で周知であるので、簡明さのために図示しない。この目的のために、米国特許第6,103,518 号および第6,136,592 号を援用する。
【００３８】
次に、図２に転ずると、１つのパンチ21、このパンチ内部に収容されたスタイレット22、１片の充填部材もしくはパッキング23ならびに組織もしくはワックスのコア24が示されている。
【００３９】
図３は、図１のパンチの一方の拡大図であり、センサー20に対する２方向型の油圧または空気圧アクチュエーター９をよりよく示す。
本発明者らが想到した範囲内の装置を構築するのに多くのやり方があるが、１つの好ましい態様をここに説明する。受容体パンチ１と供与体パンチ２という２つのパンチを、それぞれ別個の電気機械的に動作されるスライド部材５、６に配置する。それぞれのスタイレット７、８は、単純な空気圧シリンダー９、10により独立して駆動される。この空気圧シリンダーは、単に空気圧を調整するだけで、スタイレットを完全上昇位置または完全下降位置のいずれかに精確に位置決めすることができる上、コアをタンピングするための中間位置での制御された力とすることも可能である。
【００４０】
空気圧シリンダーの代わりに、電気機械的アクチュエーターを、必要に応じて力センサーと共に、使用することも本発明の範囲内であろう。また、空気圧または油圧シリンダーをパンチの位置決めのために使用することも恐らく可能であろう。
【００４１】
好ましくは、電気機械的に駆動されるスライド部材によりパレット14をｘ軸およびｙ軸方向に位置決めして、１または２以上の受容体ブロック15および供与体ブロック16からなるセットをパンチの下側に精確に位置決めすることができるようにする。或いは、パレットを円形にして、円運動により駆動してもよい。必要となるのは、供与体ブロックおよび受容体ブロックをパンチに対して精確かつ予測可能に再配置することが可能となることだけである。全ての動きを、リミットスイッチ、センサー、位置フィードバック、ステッパーおよび／またはサーボモーター等の多くの周知手段のいずれかにより電子的およびコンピューター制御下に行うことができる。
【００４２】
典型的なサイクルは下記動作からなる：ｘ−ｙ軸駆動機構により、受容体ブロックの所望位置が受容体パンチの下側にくるようにする；受容体パンチをそのｚ軸駆動機構により動かして、ブランクのコアを突き刺して取り出し、後での使用のためのポケットを作る；受容体パンチが廃棄物受け器 (ブロック類と同じｘ−ｙパレット上に装着されたものでよい) のそばにくるようにし (ｘ−ｙ軸駆動機構により) 、受容体スタイレットを動かして、ブランクのコアを廃棄物受け器の中に放出する；ｘ−ｙ軸駆動機構により、供与体ブロックの所望位置が供与体パンチの下側にくるようにする；供与体パンチをそのｚ軸駆動機構により動かして、所望の組織コアを突き刺して取り出す；ｘ−ｙ軸駆動機構により、受容体ブロックのいずれかに予め作られたポケットが供与体パンチの下側にくるようにする；そして最後に、供与体パンチをそのｚ軸駆動機構により受容体ブロックと接触するか、接触間近になるようにした後、そのスタイレットを動かして、組織コアを受容体ブロックに作られたポケットの中に埋め込む。次に、ｘ軸および／またはｙ軸駆動機構により横方向位置を次の位置に動かし、上記サイクルを繰り返す。
【００４３】
本発明では相対移動が起こればよいのであるから、ブロックまたはパンチのいずれかを、基準となる実験室フレームに対してｘ、ｙおよびｚ軸方向に動かすことができれば本発明の範囲内である。
【００４４】
例えば、２つのｚ軸駆動機構の一方または両方を、固定されたベースまたはフレームに堅固に取り付ける代わりに、それが固定ベースに対して移動するように、水平方向に位置決めできる駆動機構に装着してもよい。即ち、パレットを固定ベースに対して移動させる代わりに、ｚ軸駆動機構をパレットに対して移動させる。或いは、パレットを例えばｘ軸方向に移動させ、一方または両方の駆動機構をｙ軸方向に移動させることもできよう。或いは、極座標に基づく位置決めシステムを使用して、動きの一方を回転運動、他方を半径方向運動とすることもできよう。実際、例えば、供与体ブロックをコンピューター駆動のターンテーブルに、受容体ブロックを別のターンテーブルに装着して、ｚ軸駆動機構を一方のターンテーブルから他方のターンテーブルに水平方向に直線的に移動させるようにしてもよい。この直線運動は、いずれかのターンテーブル上で関心ある半径方向位置を選択する作用も果たす。或いは、一方のブロックの組をｘ−ｙテーブル上に配置し、他方を回転式テーブル上に配置してもよく、それぞれの組を各自の専用ｘ−ｙテーブル上に配置することもできよう。
【００４５】
用途が異なるごとに有利な多くの組合わせとその入れ換えがありうることは理解されよう。全てに共通する重要な要素は、少なくとも２つの別個のｚ軸駆動機構を使用することである。
【００４６】
さらに、管理されていない器具の範囲またはキャパシティを高めるために、新たな又はコアが打ち抜きされた受容体ブロックおよび／または供与体ブロックを収容したマガジン (待機領域) をさらに設けることも可能である。このマガジンは、該器具にブロックを供給するため、および／または該器具からブロックを受け取るために該器具と共働する。
【００４７】
図４には、パンチ31がアーム33により保持され、駆動機構35により垂直方向に動く、パンチ交換型の組織アレイ器具が示されている。パンチ内部に同軸に配置されたスタイレット37は、スタイレットアクチュエーター用の駆動機構41により動き、かつアクチュエーター39によりパンチに対して垂直方向に動く。コンピューター43が駆動機構およびアクチュエーターの全てを制御する。パレット44は、アクチュエーター47および48によりｘおよびｙの両方向に動く。このパレットは、受容体ブロック45、供与体ブロック46、廃棄物受け器49およびセンサー50を保持している。このセンサーにより、コンピューターがパレットに対するパンチの位置を見つけることが可能となる。別のセンサー、リミットスイッチ、エンコーダーおよびフィードバック要素も必要になるかも知れないが、それらの使用は本技術分野で周知であるので、簡明さのために図示しない。
【００４８】
図５は、グリップ機構の１つの可能な種類として二重クランプ機構を示す。コンピューター制御のソレノイド70, 73が、作動アーム72, 75を介して締めつけジョー部材71, 74に連結されている。上方の締めつけジョー部材はスタイレットのハブを掴み、スタイレット駆動機構に連結されており、下方の締めつけジョー部材はパンチのハブを掴み、パンチ駆動機構に連結されている。
【００４９】
図６は、別の二重グリップ機構を示す。スタイレット・グリップ部材80はスタイレットのハブよりやや大きなオリフィスを有する。パンチ・グリップ部材82はパンチのハブよりやや大きなオリフィスを有する。油圧 (例、バルーンシール、油圧締めつけジョー) 、電磁気または減圧吸引手段が作動すると、スタイレット・グリップ部材とパンチ・グリップ部材はそれぞれスタイレットとパンチを掴む。
【００５０】
各グリップ部材は、スタイレットまたはパンチのハブが精確な位置決めのために突き当たって配置される位置合わせ部 (レジスター)(これは単純なＶ型形状のものでよい) を備えることが好ましい。
【００５１】
もちろん、２つのグリップ部材は同じように設計および作用するものとしてもよく、或いは別の種類のものとすることもできる。
パンチ交換型の組織アレイ器具の作製にも多くのやり方があるが、１つの好ましい態様を次により詳しく説明する。２つのパンチ、即ち、受容体パンチと供与体パンチは、供与体ブロックと受容体ブロックをも保持している基体上に設けたそれぞれ別個のホルダー内に格納されている (図４) 。各パンチは、パンチからワックスまたは組織を押し出すスタイレットを備えている。各パンチ／スタイレットの集合部材は、供与体ブロックおよび受容体ブロックの移動に使用するのと同じｘ、ｙ軸横移動システムにより、ｚ軸のグリップ部材 (図５) の下側に位置させることができる。その後、ｚ軸駆動機構を用いてグリップ部材を降下させ、次の操作に必要なパンチを掴む。別のパンチに交換する必要がある場合、空のパンチホルダー60をｚ軸駆動機構のグリップ部材の下にもってきて、ｚ軸駆動機構が、不要となったパンチを降下させて放す。その後、ｚ軸駆動機構が空のグリップ部材を持ち上げ、もう一方のパンチがグリップ部材の下側にもってこられて、ｚ軸駆動機構がグリップ部材を降下させて、目的とするパンチを獲得する。
【００５２】
パンチが獲得されたら、そのスタイレットが同じ動作でスタイレット駆動機構に連結される。アクティブな (作動中の) パンチのスタイレットは、単純な空気圧シリンダーにより駆動してもよい。この空気圧シリンダーは、単に空気圧を調整するだけで、スタイレットを完全上昇位置または完全下降位置のいずれかに精確に位置決めすることができる上、コアをタンピングするための中間位置での制御された力とすることも可能である。空気圧シリンダーの代わりに、電気機械的アクチュエーターを (必要に応じて、力センサーと共に) 使用したり、または空気圧または油圧シリンダーをパンチの位置決めのために使用することも本発明の範囲内であろう。
【００５３】
好ましくは、電気機械的に駆動されるスライド部材によりパレットをｘ軸およびｙ軸方向に位置決めして、１または２以上の受容体ブロックおよび供与体ブロックからなるセットをパンチの下側に精確に位置決めすることができるようにする。全ての動きを、多くの周知手段、例えば、リミットスイッチ、センサー、位置フィードバック、ステッパーおよび／またはサーボモーター等、のいずれかにより電子的およびコンピューター制御下に行うことができる。
【００５４】
典型的なサイクルは下記動作からなる：ｘ−ｙ軸駆動機構により、受容体ブロックの所望位置が受容体パンチの下側にくるようにする；受容体パンチをそのｚ軸駆動機構により動かして、ブランクのコアを突き刺して取り出し、後での使用のためのポケットを作る；受容体パンチが廃棄物受け器 (ブロック類と同じｘ−ｙパレット上に装着されたものでよい) のそばにくるようにし (ｘ−ｙ軸駆動機構により) 、受容体スタイレットを動かして、ブランクのコアを廃棄物受け器の中に放出する；受容体パンチをそのホルダーに戻し、供与体パンチを獲得して、ｘ−ｙ軸駆動機構により供与体ブロックの所望位置が供与体パンチの下側にくるようにする；供与体パンチをそのｚ軸駆動機構により動かして、所望の組織コアを突き刺して取り出す；ｘ−ｙ軸駆動機構により、受容体ブロックのいずれかに予め作られたポケットが供与体パンチの下側にくるようにする；そして最後に、供与体パンチをそのｚ軸駆動機構により受容体ブロックと接触するか、接触間近になるようにした後、そのスタイレットを動かして、組織コアを受容体ブロックに作られたポケットの中に埋め込む。次に、ｘおよび／またはｙ軸駆動機構により横方向位置を次の位置に動かし、上記サイクルを繰り返す。
【００５５】
本発明では相対移動が起こればよいのであるから、ブロックまたはパンチのいずれかを、基準となる実験室フレームに対してｘ、ｙおよびｚ軸方向に動かすことができれば本発明の範囲内である。
【００５６】
用途が異なるごとに有利な多くの組合わせとその入れ換えがありうることは理解されよう。全てに共通する重要な要素は、少なくとも２つの別個のｚ軸駆動機構を使用することである。
【００５７】
さらに、管理されていない器具の範囲またはキャパシティを高めるために、新たな又はコアが打ち抜きされた受容体ブロックおよび／または供与体ブロックを収容したマガジン (待機領域) をさらに設けることも可能である。このマガジンは、該器具にブロックを供給するため、および／または該器具からブロックを受け取るために該器具と共働する。
【００５８】
以上に本発明を詳細に説明した。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】操作者の視点から見た、本発明の等角半概略図である。
【図２】パンチ／スタイレット集合部材の１つの長手方向断面図である。
【図３】図１に示すパンチの１つとそのセンサーとの関係を示す拡大図である。
【図４】パンチ交換式の組織アレイ器具の等角半概略図である。
【図５】クランプ型グリップ機構の詳細図である。
【図６】オリフィス型グリップ機構の詳細図である。
【符号の説明】
【００６０】
１：受容体パンチ、２：供与体パンチ、３、４：アーム、５、６：ｚ軸駆動機構 (スライド部材) 、７、８：スタイレット、９、10：アクチュエーター (空気圧シリンダー) 、11、12: 駆動機構、13：コンピューター、14：パレット (プラットフォーム) 、15：受容体ブロック、16：供与体ブロック、17、18：ｘ−ｙ駆動機構、19：廃棄物受け器、20：センサー、21：パンチ、22：スタイレット、23：充填部材、24：コア (組織またはブランク) 、31：パンチ、33：アーム、37：スタイレット、39：アクチュエーター、41：駆動機構、43：コンピューター、44：パレット、45：受容体ブロック、46：供与体ブロック、47、48：ｘ−ｙ駆動機構、49：廃棄物受け器、50：センサー、60：パンチ・ホルダー、61：パンチ／スタイレットの集合部材、70、73：ソレノイド、71、74：クランプ・ジョー部材、72、75：アーム、80：スタイレット・グリップ部材、82：パンチ・グリップ部材
【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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