(57)【要約】複数の容器中の多くの冷凍試料から冷凍アリコートを収集するためのロボット式エンドエフェクタは、冷凍試料から冷凍試料コアを採取するためのコアリングビットと、冷凍試料から冷凍試料コアを抽出するように適合される冷凍試料コア抽出システムとを有する。充填レベル検出システムは、冷凍試料の表面の位置を検出するように適合される。プロセッサは、充填レベル検出システムからシグナルを受信し、そのシグナルおよび冷凍試料コア抽出システムの動作に関する情報を用いて、（ａ）コアリングビットによって得られた冷凍試料コア中に含有される材料の量、および（ｂ）特定の冷凍試料から既定量の材料を得るために、その冷凍試料から必要とされる冷凍試料コアの数のうちの少なくとも１つを判定するように適合される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の容器に収容され、各冷凍試料が前記容器の底から離間した表面を有する多くの冷凍試料から、冷凍アリコートを収集するためのロボット式エンドエフェクタであって、
前記冷凍試料から冷凍試料コアを採取するためのコアリングビットと、
前記冷凍試料から冷凍試料コアを抽出する様式で、前記冷凍試料に対して前記コアリングビットを移動させるように適合される冷凍試料コア抽出システムと、
どのくらいの試料材料がそれぞれの容器に収容されているかを検出するように適合される充填レベル検出システムと、
前記充填レベル検出システムからシグナルを受信し、前記シグナルおよび前記冷凍試料コア抽出システムの動作に関する情報を用いて、（ａ）前記コアリングビットによって得られた冷凍試料コア中に含有される前記材料の量、および（ｂ）特定の冷凍試料から既定量の材料を得るために、その冷凍試料から必要とされる冷凍試料コアの数のうちの少なくとも１つを判定するように適合される、プロセッサと、を備える、ロボット式エンドエフェクタ。
【請求項２】
前記冷凍試料コア抽出システムが、前記コアリングビットを回転させるように適合されるモータを備える、請求項１に記載のロボット式エンドエフェクタ。
【請求項３】
前記コアリングビットが、長手方向軸を有し、前記冷凍試料コア抽出システムが、前記コアリングビットを軸方向に移動させるように適合されるモータを備える、請求項１または２のいずれか１項に記載のロボット式エンドエフェクタ。
【請求項４】
前記コアリングビットによって採取された冷凍試料コアを前記コアリングビットから取り出すように適合される取り出し装置をさらに備え、前記取り出し装置が、前記取り出し装置が前記コアリングビットの遠位端を超えて延在する延在位置と、前記取り出し装置が前記コアリングビットの遠位端を超えて延在しない後退位置との間で移動可能である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボット式エンドエフェクタ。
【請求項５】
前記充填レベル検出システムが、前記取り出し装置と前記冷凍試料の前記表面との間の接触を検出するように適合されるセンサを備える、請求項４に記載のロボット式エンドエフェクタ。
【請求項６】
前記センサが、電気的性質における変化を検出するように適合され、前記変化が、前記取り出し装置と前記冷凍試料との間の接触に関連する、請求項５に記載のロボット式エンドエフェクタ。
【請求項７】
前記取り出し装置が、前記取り出し装置が前記延在位置にあり、前記取り出し装置が前記冷凍試料のうちの１つと接触するように前記ロボット式エンドエフェクタが移動されるとき、前記冷凍試料によって前記延在位置から前記後退位置に移動されるように適合され、前記センサが、前記後退位置に向かう前記取り出し装置の移動を検出するセンサを備える、請求項５に記載のロボット式エンドエフェクタ。
【請求項８】
前記充填レベル検出システムが、前記ロボット式エンドエフェクタと冷凍試料の前記表面との間の接触を検出するように適合されるセンサを備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載のロボット式エンドエフェクタ。
【請求項９】
前記充填レベル検出システムが、撮像システムを備え、前記プロセッサが、前記冷凍試料の表面に対して前記撮像システムを移動させ、前記撮像システムがいつ前記表面に焦点が合ったかを判定し、かつそれが前記冷凍試料の表面に焦点が合ったときの前記撮像システムの位置についての情報を用いて、前記冷凍試料の前記表面の位置を判定するように適合される、請求項１〜８のいずれか１項に記載のロボット式エンドエフェクタ。
【請求項１０】
前記充填レベル検出システムが、前記冷凍試料の前記表面の位置を検出するように適合される、請求項１〜９のいずれか１項に記載のロボット式エンドエフェクタ。
【請求項１１】
複数の容器に収容され、各冷凍試料が、前記容器の底から離間した表面を有する多くの冷凍試料から、冷凍アリコートを自動的に収集する冷凍アリコータシステム用の充填レベル検出システムであって、プロセッサと、
（ａ）撮像システム、ならびに前記冷凍試料のうちの１つに向かって、およびそれから離れて前記撮像システムを移動させるように適合されるシステムであって、前記プロセッサが、前記撮像システムがいつ前記冷凍試料の表面に焦点が合ったかを判定し、それが前記冷凍試料の表面に焦点が合ったときの前記撮像システムの位置についての情報を用いて、どのくらいの試料材料が前記容器に収容されているかを判定するように適合される、撮像システムおよびシステムと、
（ｂ）プローブ、前記冷凍試料のうちの１つの前記表面に向かって、およびそれから離れて前記プローブを移動させるためのシステム、ならびに前記冷凍試料の前記表面と前記プローブとの間の接触を検出するように適合されるセンサであって、前記プロセッサが、前記センサからのシグナルおよび前記プローブを移動させるための前記システムの動作についての情報を用いて、前記冷凍試料の前記表面の前記位置を判定するように適合される、プローブ、システム、およびセンサと、
（ｃ）ロボット式エンドエフェクタであって、前記容器のうちの１つを持ち上げるように適合されるつかみ具と、前記エンドエフェクタ上の前記持ち上げられた容器によってもたらされる力を測定することにより前記持ち上げられた容器の重量を検出するように適合されるセンサと、を備え、前記プロセッサが、前記センサからのシグナルおよび前記容器に収容された試料についての情報を用いて、どのくらいの試料材料が前記容器に収容されているかを判定するように適合される、ロボット式エンドエフェクタと、のうちの少なくとも１つを備える、充填レベル検出システム。
【請求項１２】
前記充填レベル検出システムが、プローブと、前記冷凍試料のうちの１つの前記表面に向かって、およびそれから離れて前記プローブを移動させるためのシステムと、前記冷凍試料の前記表面と前記プローブとの間の接触を検出するように適合されるセンサと、前記センサからのシグナルおよび前記プローブを移動させるための前記システムの動作に関する情報を用いて、前記冷凍試料の前記表面の位置を判定するように適合されるプロセッサと、を備える、請求項１１に記載の充填レベル検出システム。
【請求項１３】
前記プローブが、前記コアリングビットから冷凍試料コアを取り出すように適合される取り出し装置を備える、請求項１２に記載の充填レベル検出システム。
【請求項１４】
前記センサが、前記プローブと前記冷凍試料の前記表面との間の接触に関連する前記プローブの移動を検出するように適合されるセンサを備える、請求項１３に記載の充填レベル検出システム。
【請求項１５】
前記センサが、電気的性質における変化を検出するように適合され、前記変化が、前記プローブと前記冷凍試料の前記表面との間の接触に関連する、請求項１２に記載の充填レベル検出システム。
【請求項１６】
前記充填レベル検出システムが、ロボット式エンドエフェクタであって、前記容器のうちの１つを持ち上げるように適合されるつかみ具と、前記エンドエフェクタ上の前記持ち上げられた容器によってもたらされる力を測定することにより、前記持ち上げられた容器の重量を検出するように適合されるセンサと、を備えるロボット式エンドエフェクタを備え、前記プロセッサが、前記センサからのシグナルおよび前記容器に収容された前記試料についての情報を用いて、前記冷凍試料の前記表面の位置を判定するように適合される、請求項１１に記載の充填レベル検出システム。
【請求項１７】
前記センサが、前記エンドエフェクタ上に載置される、請求項１６に記載の充填レベル検出システム。
【請求項１８】
係止機構と、第１および第２のブラケットと、をさらに備え、前記第２のブラケットが前記第１のブラケットに接続されるため、前記第２のブラケットが前記第１のブラケットの重量を支持し、前記係止システムが、前記係止システムが係止状態にあるとき、前記第１および第２のブラケットを相互に対して定位置に係止するように動作可能であり、前記センサが、前記第１のブラケットを前記第２のブラケットに接続する歪みゲージであり、前記歪みゲージが、前記歪みゲージが、前記係止システムが係止解除状態にあるときに、前記第１のブラケットの重量を支持するように位置付けられる、請求項１７に記載の充填レベル検出システム。
【請求項１９】
前記歪みゲージが、荷重セルを備える、請求項１８に記載の充填レベル検出システム。
【請求項２０】
前記充填レベル検出システムが、前記冷凍試料の前記表面の位置を検出するように適合される、請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の充填レベル検出システム。
【請求項２１】
容器に収容される冷凍試料から冷凍アリコートを採取する自動化方法であって、
前記容器の底から離間した前記冷凍試料の表面の位置を判定し、プロセッサに前記表面の前記位置を示すシグナルを出力するためのセンサを使用することと、
前記冷凍試料内の位置に、前記プロセッサの誘導により、前記冷凍試料の中にコアリングビットの先端をロボットで挿入することと、
冷凍試料コアを得るために、前記冷凍試料から前記コアリングビットをロボットで引き出すことであって、前記冷凍試料コアが前記冷凍アリコートのうちの少なくとも一部を形成することと、
前記冷凍アリコートが、前記試料の前記表面の位置および前記冷凍試料内の前記位置についての情報を用いて、前記冷凍アリコートが少なくとも既定最少容積の試料材料を含有するか否かを判定することにより、少なくとも前記既定最少容積の試料材料を含むことを確実にすることと、を含む、自動化方法。
【請求項２２】
前記冷凍アリコートが少なくとも前記既定最少容積の試料材料を含有するまで、前記冷凍試料から別の冷凍試料コアを得て、前記冷凍アリコートにそれを添加するために、挿入ステップおよび引き出しステップを繰り返すことをさらに含む、請求項２１に記載の自動化方法。
【請求項２３】
前記冷凍試料の前記表面の位置を見つけることが、ロボットで前記冷凍試料の前記表面をプローブと接触させることと、前記プローブと前記冷凍試料の前記表面との間の接触を検出するためのセンサを使用することと、を含む、請求項２１〜２２のいずれか１項に記載の自動化方法。
【請求項２４】
前記コアリングビットから前記冷凍試料コアを取り出すために前記プローブを使用することをさらに含む、請求項２３に記載の自動化方法。
【請求項２５】
前記冷凍試料の前記表面の位置を見つけることが、前記試料に対して撮像システムを移動させることと、前記プロセッサを用いて前記撮像システムがいつ前記冷凍試料の表面に焦点が合ったかを判定することと、を含む、請求項２１に記載の自動化方法。
【請求項２６】
前記アリコートを採取した後、残りの冷凍試料を凍結保存ユニットに設置して、後に使用するために残りの冷凍試料を貯蔵することをさらに含む、請求項２１〜２５のいずれか１項に記載の自動化方法。
【請求項２７】
容器を移動させ、かつ秤量するためのロボット式エンドエフェクタであって、
フレームと、
載置ブラケットと、
前記載置ブラケット上に載置されるつかみ具アセンブリであって、試料材料を含有する容器を、前記容器および前記容器中の試料材料の重量に耐えるように、浮遊位置で保持するように動作可能である、つかみ具アセンブリと、
前記フレームおよび載置ブラケットに接続される重量センサであって、前記重量センサを通して前記フレームと載置ブラケットとの間で伝達された力の量を示すシグナルを出力するように適合される、重量センサと、
係止位置と係止解除位置との間に選択的に移動可能な係止要素を含む係止機構であって、前記係止位置において、前記係止要素が、前記載置ブラケットとフレームとの間の相対的移動を制限し、かつ前記載置ブラケットの重量の少なくとも一部に耐え、前記係止解除位置において、前記係止要素が前記載置ブラケットのいずれの重量にも耐えず、前記重量センサが前記載置ブラケットの重量に耐える、係止機構と、を備える、ロボット式エンドエフェクタ。
【請求項２８】
前記載置ブラケットを前記フレームに接続するリニアベアリングをさらに備え、前記リニアベアリングが、前記フレームに対して垂直方向に前記載置ブラケットの移動を可能にするように配向され、前記フレームに対して他の方向への前記載置ブラケットの移動を制限する、請求項２７に記載のロボット式エンドエフェクタ。
【請求項２９】
前記重量センサが、歪みゲージを備える、請求項２７または２８のいずれか１項に記載のロボット式エンドエフェクタ。
【請求項３０】
前記重量センサが、荷重セルを備える、請求項２７または２８のいずれか１項に記載のロボット式エンドエフェクタ。
【請求項３１】
前記ロボット式エンドエフェクタが、ピックアンドプレースエンドエフェクタである、請求項２７〜３０のいずれか１項に記載のロボット式エンドエフェクタ。
【請求項３２】
前記重量センサが、０．５ｍｇ程度に小さい重量の変動を測定するのに十分な感度を有する、請求項２７〜３１のいずれか１項に記載のロボット式エンドエフェクタ。
【請求項３３】
前記重量センサが、０．３パーセント以下の最大測定限界偏差を維持するように適合される、請求項２７〜３２のいずれか１項に記載のロボット式エンドエフェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、試料の完全性を維持しながら、凍結生体試料から冷凍アリコートを採取する装置および方法に関し、より具体的には、冷凍試料から採取された冷凍アリコートが分析に好適な材料であることを確実にするための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体試料は、通常、これらに限定されないが、翻訳研究、分子医学、およびバイオマーカー発見といった、多種多様な生物医学および生物学の研究を支援するために保存される。生体試料は、動物（ヒトを含む）、植物、原生動物、真菌、細菌、ウイルス、または他の生物起源の試料を含む、任意の試料を含む。例えば、生体試料は、生物および／もしくは血漿、血清、尿、全血、臍帯血、他の血液系誘導体、脳髄液、粘液（呼吸器、頸部）、腹水、唾液、羊水、精液、涙、汗、植物からのいずれの流体（樹液を含む）などの生物から単離されたか、またはそれらによって排出された生物学的流体；軟膜細胞といった細胞（例えば動物、植物、原生動物、真菌、または細菌の細胞）；細胞可溶化物、ホモジネート、または懸濁液；ミクロソーム；細胞小器官（例えばミトコンドリア）；染色体ＤＮＡ、ミトコンドリアＤＮＡ、およびプラスミド（例えばシードプラスミド）といった核酸（例えばＲＮＡ、ＤＮＡ）；懸濁液または溶液中の小分子化合物（例えばＤＭＳＯ中の小分子化合物）、ならびに他の流体に基づく生体試料を含むが、これらに限定されない。生体試料は、植物、植物の一部（例えば種）、および組織（例えば筋肉、脂肪、皮膚等）も含み得る。
【０００３】
バイオバンクは、典型的には、生体内の状態にできる限り近い冷凍試料の生化学組成および完全性を保存して、試料の正確で再現可能な分析を促進するために、容器（例えばチューブ、バイアルなど）にこれらの貴重な試料を貯蔵し、それらを（例えば液体窒素または液体窒素を超える気相を用いて摂氏−８０度以下の冷凍庫に）凍結保存する。
【０００４】
時折、凍結された試料に対して１つ以上の試験を行うことが望ましくあり得る。例えば、研究者は、ある特徴を有する一組の試料に対して試験を行うことを望む場合がある。特定の試料は、いくつかの異なる試験を支持するのに十分な材料を含有し得る。資源を保護するために、アリコートとして知られる小さい試料が、通常、１つ以上の試験に使用するために大きな凍結保存された試料（時折親試料と称される）から採取されるため、親試料の残りは、１つ以上の異なる後の試験に利用可能である。
【０００５】
バイオバンクは、試料アリコートを提供するこの必要性に取り組むために異なる方式を採用している。１つの選択肢は、大量に試料を冷凍し、アリコートが必要とされるときに解凍し、その後、後にアリコートが必要とされるまで、凍結保存状態で貯蔵のために親試料の任意の残りを再冷凍する。この選択肢は、冷凍貯蔵場所を効率的に使用するが、この効率は試料の質を犠牲にする。試料を繰り返し冷凍／解凍サイクルに曝すことは、試料の重要な生物学的分子（例えばＲＮＡ）を劣化させ、バイオマーカーを損傷し、そのいずれも、損傷した試料から得られるデータを用いたあらゆる研究の結果を損なう。
【０００６】
別の選択肢は、大量に試料を冷凍し、アリコートが必要とされるときに解凍し、親試料の残りを少量に細分して、後の試験のために追加のアリコートを作製し、その後、これらの少量のアリコートを再冷凍して、後の試験に必要とされるまで、各アリコートを別個に凍結保存する。このアプローチは、試料が曝される冷凍／解凍サイクルの回数を制限するが、凍結保存されたアリコートを維持するために必要とされる大量の冷凍貯蔵場所、人件費、および試料容器（例えばチューブ、バイアルなど）の大量の在庫目録に伴う費用が追加される。さらに、アリコートは、限られた回数の冷凍／解凍サイクルでも劣化または損傷し得る。
【０００７】
さらに別のアプローチは、最初に大量の試料を冷凍する前にそれらを少量のアリコートに分割することである。このアプローチは、試料が供され得る冷凍／解凍サイクルの回数を１回のみに制限することができるが、このアプローチには、人件費、冷凍貯蔵場所、および試料容器の在庫目録の必要性の費用に伴う欠点がある。
【０００８】
その内容が参照により本明細書に組み込まれる米国公開特許番号２００９００１９８７７は、元（親）の試料を解凍することなく、冷凍生物試料から冷凍試料コアを抽出するシステムを開示している。このシステムは、親試料を解凍することなく、元の親試料から冷凍コア試料を採取するための中空のコアリングビットを含むドリルを使用する。ドリルによって得られた冷凍試料コアは、試験用のアリコートとして使用される。冷凍コアが取り出された後、試料の残りは、親試料からの別のアリコートが後の試験に必要となるまで、その元の容器の冷凍貯蔵に戻される。
【０００９】
本発明者は、試料を解凍することなく、冷凍試料から冷凍試料コアを抽出するシステムを用いて、冷凍試料から冷凍アリコートを提供する能力を改善する、以下に記載されるシステムおよび方法を開発している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９００１９８７７号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、多くの冷凍試料から冷凍アリコートを収集するためのロボット式エンドエフェクタであり、冷凍試料は、複数の容器に収容され、各冷凍試料は容器の底から離間した表面を有する。ロボット式エンドエフェクタは、冷凍試料から冷凍試料コアを採取するためのコアリングビットを含む。冷凍試料コア抽出システムは、冷凍試料から冷凍試料コアを抽出する様式で、冷凍試料に対してコアリングビットを移動させるように適合される。エフェクタは、冷凍試料の表面の位置を検出するように適合される充填レベル検出システムも有する。プロセッサは、充填レベル検出システムからシグナルを受信し、そのシグナルおよび冷凍試料コア抽出システムの動作に関する情報を用いて、（ａ）コアリングビットによって得られた冷凍試料コア中に含有される材料の量、および（ｂ）特定の冷凍試料から既定量の材料を得るために、その冷凍試料から必要とされる冷凍試料コアの数のうちの少なくとも１つを判定するように適合される。
【００１２】
本発明の別の態様は、多くの冷凍試料から冷凍アリコートを自動的に収集する冷凍アリコータシステム用の充填レベル検出システムであり、冷凍試料は、複数の容器に収容され、各冷凍試料は容器の底から離間した表面を有する。充填レベル検出システムは、プロセッサと、（ａ）撮像システム、ならびに冷凍試料のうちの１つに向かって、かつそれから離れて撮像システムを移動させるように適合されるシステムであって、プロセッサが、撮像システムがいつ前記冷凍試料の表面に焦点が合ったかを判定し、それが前記冷凍試料の表面に焦点が合ったときの撮像システムの位置についての情報を用いて、冷凍試料の表面の位置を判定するように適合される、撮像システムおよびシステム、（ｂ）プローブ、冷凍試料のうちの１つの表面に向かって、およびそれから離れてプローブを移動させるためのシステム、ならびに前記冷凍試料の表面とプローブとの間の接触を検出するように適合されるセンサであって、プロセッサが、センサからのシグナルおよびプローブを移動させるためのシステムの動作についての情報を用いて、前記冷凍試料の表面の位置を判定するように適合される、プローブ、システム、およびセンサ、ならびに（ｃ）ロボット式エンドエフェクタであって、容器のうちの１つを持ち上げるように適合されるつかみ具およびエンドエフェクタ上の持ち上げられた容器によってもたらされる力を測定することにより持ち上げられた容器の重量を検出するように適合されるセンサを含み、プロセッサが、センサからのシグナルおよび容器に収容された試料についての情報を用いて、前記冷凍試料の表面の位置を判定するように適合される、ロボット式エンドエフェクタのうちの少なくとも１つとを含む。
【００１３】
本発明のさらに別の態様は、容器に収容される冷凍試料から冷凍アリコートを採取する自動化方法である。本方法は、容器の底から離間した冷凍試料の表面の位置を判定し、プロセッサに表面の位置を示すシグナルを出力するためのセンサを使用することを含む。コアリングビットの先端は、冷凍試料内の位置に、プロセッサの誘導により、冷凍試料の中にロボットで挿入される。コアリングビットは、冷凍試料コアを得るために、ロボットで冷凍試料から引き出され、冷凍試料コアは、冷凍アリコートのうちの少なくとも一部を形成する。本方法は、冷凍アリコートが、試料の表面の位置、および冷凍試料内の前記位置についての情報を用いて、冷凍アリコートが少なくとも既定最少容積の試料材料を含有するか否かを判定することにより、少なくとも既定最少容積の試料材料を含むことを確実にすることを含む。
【００１４】
本発明の別の態様は、容器を移動させ、かつ秤量するためのロボット式エンドエフェクタである。ロボット式エンドエフェクタは、フレーム、載置ブラケット、および載置ブラケット上に載置されるつかみ具アセンブリを含む。つかみ具アセンブリは、試料材料を収容する容器を、つかみ具アセンブリが容器および容器中の試料材料の重量に耐えるように、浮遊位置で保持するように動作可能である。重量センサは、フレームおよび載置ブラケットに接続される。重量センサは、重量センサを通してフレームと載置ブラケットとの間で伝達された力の量を示すシグナルを出力するように適合される。ロボット式エンドエフェクタは、係止要素を有する係止機構も含む。係止要素は、係止位置と係止解除位置との間を選択的に移動可能である。係止位置で、係止要素は、載置ブラケットとフレームとの間の相対的移動を制限し、載置ブラケットの重量のうちの少なくともいくつかに耐える。係止解除位置では、係止要素は載置ブラケットの重量のいずれにも耐えず、重量センサが載置ブラケットの重量に耐える。
【００１５】
他の目的および特徴は、一部は明らかであり、一部は以下に指摘される。
【００１６】
対応する参照番号は、図面を通して対応する部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】冷凍試料から冷凍アリコートを採取するためのロボット式エンドエフェクタの一実施形態の斜視図である。
【図２】ロボット式エンドエフェクタの側面図である。
【図３】ロボット式エンドエフェクタの正面図である。
【図４】ロボット式エンドエフェクタの底平面図である。
【図５】図４上の線５−−５を含む平面での、後退位置でのその取り出し装置を示す、で撮影されたロボット式エンドエフェクタの断面図である。
【図６】図４上の線６−−６を含む平面での、後退位置での取り出し装置およびコアリングビットの相対位置を示す、平面で撮影された拡大部分断面図である。
【図７】延在位置での取り出し装置を示す、図５に類似したロボット式エンドエフェクタの断面図である。
【図８】取り出し装置が延在位置にあるときの取り出し装置およびコアリングビットの相対位置を示す、図６に類似した拡大部分断面図である。
【図９Ａ】冷凍試料から冷凍試料コアを採取するためにエンドエフェクタを使用する方法の一実施形態を図示する。
【図９Ｂ】冷凍試料から冷凍試料コアを採取するためにエンドエフェクタを使用する方法の一実施形態を図示する。
【図９Ｃ】冷凍試料から冷凍試料コアを採取するためにエンドエフェクタを使用する方法の一実施形態を図示する。
【図９Ｄ】冷凍試料から冷凍試料コアを採取するためにエンドエフェクタを使用する方法の一実施形態を図示する。
【図９Ｅ】冷凍試料から冷凍試料コアを採取するためにエンドエフェクタを使用する方法の一実施形態を図示する。
【図９Ｆ】冷凍試料から冷凍試料コアを採取するためにエンドエフェクタを使用する方法の一実施形態を図示する。
【図９Ｇ】冷凍試料から冷凍試料コアを採取するためにエンドエフェクタを使用する方法の一実施形態を図示する。
【図９Ｈ】冷凍試料から冷凍試料コアを採取するためにエンドエフェクタを使用する方法の一実施形態を図示する。
【図１０Ａ】冷凍試料から冷凍試料コアを採取するためにエンドエフェクタを使用する方法の別の実施形態を図示する。
【図１０Ｂ】冷凍試料から冷凍試料コアを採取するためにエンドエフェクタを使用する方法の別の実施形態を図示する。
【図１０Ｃ】冷凍試料から冷凍試料コアを採取するためにエンドエフェクタを使用する方法の別の実施形態を図示する。
【図１０Ｄ】冷凍試料から冷凍試料コアを採取するためにエンドエフェクタを使用する方法の別の実施形態を図示する。
【図１１】本発明のエンドエフェクタの別の実施形態の斜視図である。
【図１２】図１１に示されるエンドエフェクタの側面図である。
【図１３】図１１に示されるエンドエフェクタの底平面図である。
【図１４Ａ】図１３上の線１４−−１４を含む平面での図１１に示されるエンドエフェクタの断面図である。図１４Ａは容器を運搬する構成のエンドエフェクタを図示し、図１４Ｂは容器を秤量する構成のエンドエフェクタを図示する。  対応する参照番号は、図面を通して対応する部分を示す。
【図１４Ｂ】図１３上の線１４−−１４を含む平面での図１１に示されるエンドエフェクタの断面図である。図１４Ａは容器を運搬する構成のエンドエフェクタを図示し、図１４Ｂは容器を秤量する構成のエンドエフェクタを図示する。  対応する参照番号は、図面を通して対応する部分を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
一般に１０１と指定されるロボット式エンドエフェクタの一実施形態は、図１〜８に図示される。ロボット式エンドエフェクタ１０１は、多くの冷凍試料（例えば１つ以上のバイオバンクからの凍結保存生体試料）から複数の冷凍アリコートを自動的に収集するためのロボット式位置決めシステム（図示せず）との使用に好適である。エンドエフェクタ１０１は、本発明の広い範囲内において、関節ロボット式アーム、非関節ロボットアーム、ガントリー型または他のデカルト座標位置決めシステム（そのような位置決めシステムがロボットアームを含むか否かに関わらず）、水平多関節ロボットアーム（ＳＣＡＲＡ）などを含むがこれらに限定されない、事実上いずれのロボット式位置決めシステムと共に使用するように適合され得る。環境に対してエンドエフェクタ１０１を移動させることなく、環境に対して試料を移動させる位置決めシステムも本発明の範囲内である。エンドエフェクタおよびロボット式位置決めシステムが冷凍試料から冷凍アリコートを得ることができるロボット式システムを一緒に形成するように、試料に対してエンドエフェクタ１０１を自動的に位置決めすることができる任意のロボット式位置決めシステムが、本発明の広い範囲内において好適である。
【００１９】
例えば、図面に図示されるロボット式エンドエフェクタ１０１は、少なくともガントリー型デカルト座標位置決めシステムとの使用に好適である。エンドエフェクタ１０１は、Ｘ軸およびＹ軸に沿った載置部の制御された移動を提供するように動作可能であるガントリー型ロボット式位置決めシステムのフレーム上の載置部（図示せず）に接続するように適合されるＺ軸モータ１０３と、Ｚ軸キャリッジ１０５とを含む。ロボット式位置決めシステム上に載置されるとき、Ｚ軸キャリッジ１０５は、エンドエフェクタ１０１の残部を支持するため、ロボット式位置決めシステムはＺ軸キャリッジを移動させることにより、エンドエフェクタ全体を移動させることができる。エンドエフェクタは、本発明の範囲から逸脱することなく、エンドエフェクタの構成要素および／もしくは機能性の一部は、位置決めシステム上に位置するか、またはそれによって行われ、かつ／あるいは位置決めシステムの構成要素および／もしくは機能性の一部は、エンドエフェクタ上に位置するか、またはそれによって行われるように修正することができることを認識する。
【００２０】
ロボット式エンドエフェクタ１０１は、中空コアリングビット１１１（例えば切除先端を有する中空針）、および冷凍試料から冷凍試料コアを抽出するために、冷凍試料に対してコアリングビットを移動させるように適合される冷凍試料コア抽出システム１１３を含む。例えば、図示される実施形態における冷凍試料コア抽出システム１１３は、コアリングビット１１１を回転させるように適合されるモータ１１５を含む。Ｚ軸モータ１０３は、本実施形態において冷凍試料コア抽出システム１１３の一部も構成し、Ｚ軸に沿って（例えば垂直に上下）コアリングビット１１１を移動させるように動作可能である。エンドエフェクタ１０１は、コアリングビット１１１を保持するスピンドル１２１を含むため、コアリングビット１１１の長軸はＺ軸と整合される（例えコアリングビットが垂直配向にある）。スピンドル１２１は、コアリングビットモータ１１５によってＺ軸の周囲を回転するように載置されるため、コアリングビットモータは、コアリングビット１１１の回転を生成するようにスピンドルを回転させる。よって、冷凍試料コア抽出システム１１３は、コアリングビット１１１を回転させるように動作可能であり、同時に、穴開け動作を生成するために、軸方向にそれを冷凍試料の中に移動させる。冷凍試料の穴開けが完了すると、Ｚ軸モータ１０３は、コアリングビット１１１を冷凍試料の外に後退させる（例えば持ち上げる）ことができるため、冷凍試料コアは、中空コアリングビットの中に維持される。図面に図示されるロボット式エンドエフェクタ１０１は、コアリングビット１１１を回転させるが、冷凍試料コア抽出システムは、本発明の広い範囲内において、異なって動作してよい。コアリングビットまたは他の好適な試料採取機器を冷凍試料に移動させ、それから引き出すことができるため、冷凍試料コアがその中に維持されるいずれのシステムが、本発明の広い範囲内において、冷凍試料コア抽出システムとして機能することができる。
【００２１】
ロボット式エンドエフェクタ１０１は、容器中の冷凍試料の表面（例えば上表面）の位置を検出するように適合される充填レベル検出システム１３１を含む。バイオバンクは、容器（例えばチューブ、バイアルなど）中に冷凍試料を貯蔵する。各冷凍試料は、冷凍試料を形成するためにそれぞれの容器で試料が冷凍されるか、または再冷凍されるときに形成される容器の底から離間した表面を有する。容器内の冷凍試料の表面の位置は、いくつかの異なる理由のため変動し得る。例えば、容器に最初に設置された試料の量は、利用可能な試料の量が異なる、作業者または試料材料で容器を充填する者の動作の統一性の欠如、冷凍期間中の容器の傾き、容器を最大容積まで充填しないという決定、または他の理由により、変動し得る。さらに、冷凍試料の一部は、アリコートが以前に解凍状態にある間に試料から取られた後に再冷凍された可能性がある。冷凍試料の表面のレベルは、アリコートが解凍状態中に容器から取り出された後に試料が再冷凍されるとき、最初より低い。試料は表面が試料の上部の上表面であるように配向される可能性があるが、本発明の範囲内において、試料および容器は表面が試料の上部にはないように配向される可能性がある（例えば容器および試料は、試料が冷凍された後、直立配向から水平配向に回転される可能性がある）ことが理解される。
【００２２】
プロセッサ（図示せず）は、充填レベル検出システム１３１からシグナルを受信する。プロセッサは、適切には、試料コア抽出システム１１３の動作を制御するプロセッサと同じである。プロセッサは、ロボット式位置決めシステム、ならびにエンドエフェクタ１０１およびロボット式位置決めシステムの組み合わせに起因するロボット式システムのいずれの他の態様も制御することができる。プロセッサは、試料コア抽出システム１１３の動作についての情報とともに、充填レベル検出システム１３１からのシグナルを使用して、（ａ）エンドエフェクタ１０１によって得られた（例えばコアリングビット１１１によって得られた）冷凍試料コア中に含有される冷凍試料材料の量、および（ｂ）特定の冷凍試料から既定量の試料材料を得るために、その冷凍試料から必要とされる冷凍試料コアの数のうちの少なくとも１つを判定する。時折、特定の試験に提供される試料アリコートが少なくとも既定最少量の試料材料を含有することが必要である。例えば、いくつかの試験は、少なくとも約１００μＬの試料材料を必要とする。充填レベル検出システム１３１は、プロセッサがどのくらいの試料材料が冷凍試料に含有されているかを判定し、かつこの情報を用いて、アリコートにおいて既定最少量の試料材料を提供するのにいくつの冷凍試料コアが必要であるかを判定することを可能にすると同時に、後の試験に使用するために貴重な試料材料を保存する。
【００２３】
図示される実施形態の充填レベル検出システム１３１は、エンドエフェクタが試料に向かって移動するときに冷凍試料とエンドエフェクタ１０１との間の接触を検出することにより、冷凍試料の表面の位置を識別する。接触が検出されるとき、プロセッサは接触が検出されたことを示すシグナルを受信する。プロセッサは、試料表面の位置を評価するために、エンドエフェクタが試料に接触したときの時間に対応するエンドエフェクタ１０１の位置についての情報を使用する。
【００２４】
例えば、エンドエフェクタ１０１は、コアリングビットの端からコアリングビット１１１に収容される冷凍試料コアを取り出すように適合される取り出し装置１４１を適切に含む。図５〜８に図示されるように、取り出し装置１４１は、取り出し装置がコアリングビット１１１の遠位端から延在する延在位置（図７および８）と、取り出し装置がコアリングビットの遠位端から延在しない後退位置（図５および６）との間で移動可能である。取り出し装置１４１は、プロセッサによって制御されるアクチュエータ１４３（例えば空気圧式アクチュエータ）によって延在位置と後退位置との間を適切に移動可能である。図５および７に図示されるように、アクチュエータ１４３はエンドエフェクタ１０１の上部に載置され、取り出し装置１４１は、アクチュエータ１４３のロッド１４５に動作可能に接続されるプランジャであるため、アクチュエータのロッドが移動するとき、取り出し装置が移動する。ロッド１４５に接続される取り出し装置１４１の端は、ロッドの端と共に適切に移動する。アクチュエータのロッド１４５がその後退位置（図５）からその延在位置（図７）に移動すると、アクチュエータ１４３に対向する取り出し装置の端がコアリングビットの遠位端を貫通してコアリングビット１１１の中空の中心を通って移動する。コアリングビット１１１の中空の中心の中に維持されるいずれの冷凍試料コアが、それによって、エンドエフェクタ１０１の外に取り出される。
【００２５】
図７および８に図示されるように、取り出し装置１４１は、取り出し装置がその延在位置にあり、エンドエフェクタ１０１が試料の上に位置付けられ、その後、試料と接触するまで下げられるとき、取り出し装置が冷凍試料と最初に接触するように、エンドエフェクタ１０１の他の部分に対して配置される。充填レベル検出システム１３１は、エンドエフェクタ１０１（例えば延在した取り出し装置１４１）と冷凍試料の表面との間の接触を検出するように適合されるセンサ１４７を含む。本発明の範囲内において、様々なセンサがエンドエフェクタ１０１と冷凍試料の表面との間の接触を検知するために使用され得る。一例として、取り出し装置１４１は、取り出し装置が冷凍試料に接触するとき、冷凍試料によって延在位置から後退位置に向かって移動するように適合され得る。これを行うことができる一方法は、取り出し装置１４１が一旦延在位置に位置すると停止するか、または動力を絶つ能力を有するアクチュエータ１４３を使用することであるため、取り出し装置は、取り出し装置の遠位端が冷凍試料に接触するとき、後退位置に向かって自由に戻ることができる。センサ１４７は、延在位置から後退位置に向かう取り出し装置の移動によって起動される適切な固体スイッチまたは他のデバイスである。例えば図示されるように、アクチュエータのロッド１４５は、アクチュエータのロッドに隣接するアクチュエータ上に位置する近接センサ１４７に、マグネットまたは他の材料がセンサに対して、およびセンサを移動させるときにシグナルを生成させるマグネット１４９または他の材料を含む。アクチュエータのロッドの移動を検出するためのセンサに既に内蔵される好適な空気圧式アクチュエータは、米国のＳＭＣ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎまたは他の市販業者から購入することができる。
【００２６】
別の選択肢は、エンドエフェクタ１０１（例えば延在した取り出し装置１４１）と冷凍試料との間の接触に関連する電気的性質における変化を検出するように適合されるセンサを使用することである。取り出し装置１４１またはエンドエフェクタ１０１の他の部分と試料との間の接触は、インピーダンス、導電性、電気容量等の様々な変化をもたらし得る。電気的変化のうちの１つ以上を検出するために、１つ以上のセンサがエンドエフェクタ１０１に組み込まれ得る。電気的性質を監視するセンサは、動作起動センサ１４７の代わりに、または動作起動センサとの組合せで使用され得る。
【００２７】
充填レベル検出システム１３１は、撮像システムも含み得る。例えば、図面に図示されるエンドエフェクタ１０１は、カメラ１６１を含む。カメラ１６１は、いずれの冷凍試料コアが冷凍試料から既に採取されたかを判定するために冷凍試料を検査し、もし採取されていた場合、別の冷凍試料コアが冷凍の親試料から採取することができる適切な場所の位置を判定するように適切に動作可能である。冷凍試料を検査するためのカメラの使用に関するさらなる詳細は、米国仮特許出願第６１／４１８，６８８に提供されており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。カメラ１６１は、狭焦点深度を適切に有するか、またはそれを有するように調節することができるため、カメラからの狭い指定範囲内の距離の対象物のみに焦点が合う。プロセッサは、冷凍試料の表面に対して撮像システム１６１を移動させ（例えばエンドエフェクタ１０１全体を移動させることにより）、撮像システムがいつ表面に焦点が合ったかを判定し、かつそれが冷凍試料の表面に焦点が合ったときの撮像システムの位置についての情報を用いて、前記冷凍試料の表面の位置を判定するように適合され得る。
【００２８】
図１１〜１４Ｂに図示されるように、充填レベル検出システム１３１は、試料容器のうちの１つを持ち上げるように適合されたつかみ具アセンブリ３０３を有するエンドエフェクタ３０１と、持ち上げられた容器によってエンドエフェクタにもたらされる力を測定することにより、持ち上げられた容器の重量を検出するように適合されるセンサ３０５とを有する。図１１〜１４Ｂに図示される実施形態のつかみ具アセンブリ３０３および重量センサ３０５は、２部のエンドエフェクタのうちの１部分と見なすことができ、２部のエンドエフェクタのうちのもう一方は、適切に、上述のエンドエフェクタ１０１である。この２部のエンドエフェクタの各部分１０１、３０１は、適切に、通常のプロセッサとシグナル伝達通信にあり、プロセッサおよび位置決めシステムによって試料容器に対して位置付け可能であるが、２つの部分１０１、３０１は、位置決めシステム上の同じ場所に必ずしも載置されなくてもよく、位置決めシステムによって必ずしも位置付け可能である必要がないため、エンドエフェクタの２つの部分１０１、３０１は、容器を同時に対処する。例えば、２部エンドエフェクタの部分１０１、３０１は、ガントリー型位置決めシステムの横ビームの対向側上に適切に載置され得る。代替的に、つかみ具および重量センサは、本発明の広い範囲内において、上述のエンドエフェクタ１０１の特徴を有する単一の１部のエンドエフェクタに統合され得る。さらに、充填レベル検出システム１３１は、必ずしも上記のエンドエフェクタ１０１と共に記載される特徴のうちのいずれも含む必要はなく、本発明の広い範囲内において、完全に重量感知エンドエフェクタ３０１などの重量感知エンドエフェクタからなり得る。
【００２９】
図１１〜１３を参照すると、エンドエフェクタ３０１は、フレーム３０７を含む。フレームの大きさ、形状、および構成は、本発明の範囲内で広く変動し得る。図示されるように、フレーム３０７は、プレート３０９およびプレートから横方向に延在するアーム３１１を含む。フレーム３０９は、ｚ軸モータまたはアクチュエータ３１３によって前後に（例えば垂直に）駆動することができるＺ軸キャリッジ上に適切に載置されるか、またはそれとして機能する。
【００３０】
つかみ具アセンブリ３０３は、試料材料を収容する容器を選択的に保持および解放するように動作可能である。例えば、つかみ具アセンブリ３０３は、作業台（図示せず））から容器を選択的に持ち上げ、容器を異なる場所に運搬し、その後、容器を下に置き、それを放すのに適している。よって、つかみ具アセンブリ３０３は、エフェクタ３０１がピックアンドプレースエンドエフェクタとして動作することを可能にする。ロボット式つかみ具アセンブリの構成および動作に関する詳細は、当業者に周知であり、本明細書に記載する必要はない。図面に図示されるつかみ具アセンブリ３０３は、フィンガが容器の保持するように位置付けられる保持構成からフィンガが容器を解放するように位置付けられる解放構成に選択的に移動可能である、複数の移動可能フィンガ３１５（例えばフィンガ４本）を有する。フィンガ３１５が保持構成にあるとき、つかみ具アセンブリ３０３は、つかみ具アセンブリが容器およびその中のいずれの試料材料の重量に耐えるように、浮遊位置で試料材料を収容する容器を保持することができる。好適なつかみ具アセンブリは、多くの異なる市販業者から購入することができる。図面に図示されるつかみ具アセンブリ３０３は、本発明の範囲内で使用することができる多くの選択肢のうちの１つにしかすぎない。
【００３１】
つかみ具アセンブリ３０３は、載置ブラケット３２１上に載置される。載置ブラケットの大きさ、形状、および構成は、本発明の範囲内で広く変動し得る。図示されるように、載置ブラケット３２１は、プレート３２３と、プレートの対向する端に１組の横方向に延在するアーム３２５、３２７とを含む。つかみ具アセンブリ３０３は、図示される実施形態において、下部アーム３２５上に載置される。リニアベアリング３３１は、載置ブラケット３２１をフレーム３０７に接続する。図示されるように、例えば、リニアベアリングは、レールに対して滑走ブロックを摺動移動するためのレール３３５上に載置される滑走ブロック３３３を含む。図１３に図示されるように、レール３３５は対向側上にチャネル３３９を有し、滑走ブロック３３３はチャネル３３９に延在するアーム３３７を有する。ベアリング（図示せず）は、レールに沿った滑走ブロックの摺動移動を容易にするために、滑走ブロック３３３とレール３３５との間に位置付けられる。リニアベアリング３３１は、レール３３５に沿った軸方向を除く全方向の滑走ブロック３３３の移動を制限する。載置ブラケット３２１のプレート３２３は滑走ブロック３３３上に載置され、レール３３５はフレーム３０７上に載置される。リニアベアリング３３１は、フレーム３０７に対して垂直方向への載置ブラケット３２１の移動を可能にするように配向され、同時に、フレームに対して全横方向への載置ブラケットの移動を制限する。
【００３２】
重量センサ３０５は、フレーム３０７を載置ブラケット３２１に接続する。例えば、重量センサ３０５は、フレームのアーム３１１を載置ブラケットの上部アーム３２７に適切に接続する。重量センサ３０５は、好適に、高感度の歪みゲージ、荷重セル、または重量センサを通してフレームと載置ブラケットとの間で伝達された力の量を示すシグナルを出力するように適合される他のセンサである。例えば、重量センサ３０５は、適切に、０〜約８Ｋｇの範囲の力を検出し、測定するように適合される。重量センサ３０５は、つかみ具アセンブリ３０３によって浮遊位置で保持される試料容器の重量における変動（例えば０．５ｍｇほど少ない、より望ましくは０．１ｍｇほど少ない）を正確に測定するのに十分に敏感である。重量センサ３０５は、好適に０．３パーセント以下の最大測定限界偏差を維持するのに十分に正確である。
【００３３】
エンドエフェクタ３０１は、係止システム３４１を含み、これは、係止システムがフレーム３０７に対する載置ブラケット３２１の移動を制御し、載置ブラケットの重量のうちの少なくともいくつかに耐える第１の構成と、係止システムが載置ブラケットのいずれの重量にも耐えず、重量センサが実質的に載置ブラケットの全重量（つかみ具アセンブリ３０３およびつかみ具アセンブリによって浮遊位置で保持される全ての重量を含む）に耐える第２の構成との間で選択的に構成可能である。例えば、図示される実施形態における係止システム３４１は、係止位置と係止解除位置との間で選択的に移動可能であるピン３４３を含む。ピン３４３が係止位置（図１４Ａ）にあるとき、ピンは載置ブラケット３２１の開口部３４５に受容されるため、ピンはフレームに対して載置ブラケットの移動を阻止する。ピン３４３が係止解除位置（図１４Ｂ）にあるとき、ピンは開口部３４５から少なくとも部分的に引き出され、フレーム３０７に対して載置ブラケット３２１の移動を阻止しない。図示される実施形態では、係止システム３４１は、フレーム３０７のプレート３０９上に載置され、係止位置と係止解除位置との間でピン３４３を移動させるように適合されるアクチュエータ３４７（例えば空気圧式アクチュエータ、ソレノイド、または他の電子的に制御可能なアクチュエータ）を含む。ピン３４３に面する開口部３４５側は、ピンが開口部内に移動するときにピンが開口部と正確に整合しない場合でも、係止ピンが係止位置に移動するのを容易にするために、適切に漏斗形である。同様に、ピン３４３の頭部は、挿入が開始したときにピンと開口部との間にわずかな不整合がある場合でも、ピンを開口部３４５に挿入するのをさらに容易にするために、丸形または傾斜した肩を有する。
【００３４】
いくつかの場合では、重量センサ３０５は、充填レベル検出システムの一部であるか、またはそれを構成され得る。例えば、容器の風袋重量およびその中に収容される冷凍試料の特徴（例えば試料材料の密度、冷凍試料から既に採取された冷凍試料コアの数、容器の構成等）がプロセッサによって既に特徴付けされているか、または特徴付けされ得るとき、試料で充填された容器の重量は、容器が試料材料で充填されるレベルの目安を提供する。他の場合では、以下に記載される方法においてより詳細に概説されるように、プロセッサは、容器の充填レベルを判定するためにプロセッサによって必ずしも使用されることなく、冷凍アリコートが冷凍試料の少なくとも最小必要量を含有するというさらなる確認を提供するために、重量センサ３０５からの情報を使用することができる。
【００３５】
図９Ａ〜９Ｈは、既定最少量の試料材料を有する冷凍アリコートを得るために、エンドエフェクタ１０１を使用する方法の一実施形態を図示する。最初に、センサ１４７は、容器１２７の底から離間した冷凍試料１２３の表面１２９の位置を見出し、プロセッサに表面の位置を示すシグナルを出力するために使用される。アクチュエータ１４３は取り出し装置１４１を延在位置に移動し、位置決めシステムはコアリングビット１１１を冷凍試料との整合に位置付ける（例えば図９Ａに図示されるように、試料の上）。その後、Ｚ軸モータ１０３は、図９Ｂに図示されるように、延在した取り出し装置１４１が冷凍試料の表面に接触するまでエンドエフェクタ１０１を移動させる（例えば下げる）。この時点で、Ｚ軸モータ１０３がコアリングビットを試料表面１２９に近づき続けると、冷凍試料１２３は、後退位置に向かってコアリングビット１１１の中に取り出し装置１４１を押し戻す。取り出し装置１４１とコアリングビット１１１との間のこの相対的移動は、アクチュエータのロッド１４５上のマグネット１４９をセンサ１４７に対して移動させる。センサ１４７はこの移動を検出し、取り出し装置１４１が冷凍試料の表面に接触したことを示すシグナルをプロセッサに送信する。プロセッサは、試料表面の位置を判定するために、取り出し装置１４１および／またはコアリングビット１１１の位置についての情報（例えば位置決めシステムおよび／またはＺ軸モータから）を使用する。
【００３６】
取り出し装置１４１は、アクチュエータ１４３によってその後退位置に移動される。図９Ｃおよび９Ｄに図示されるように、冷凍試料内の位置に、プロセッサの誘導により、Ｚ軸モータ１０３がコアリングビットの先端を冷凍試料１２３の中にロボットで挿入しながら、モータ１１５はコアリングビット１１１を回転させる。冷凍試料の表面１２９の位置は、特定の距離、例えば図９Ｄに示されるように、試料を貫通して容器の閉鎖端（例えば底）までコアリングビットを冷凍試料の中に延在させることにより得ることができる冷凍試料コア１２５の長さに対応する。垂直な濃度勾配は試料が冷凍されるときに発達する可能性があり、したがって、最大深度の冷凍試料コアの全体的な組成は全親試料の全体的な組成のより代表的なものであり得るため、最大深度の冷凍試料コアを得るために冷凍試料１２３を貫通してコアリングビット１１１を延在させることが望ましいことが多い。コアリングビット１１１が最大深度の冷凍試料コア１２５を得るために冷凍試料１２３を貫通して延在しない場合でも、プロセッサは、試料表面１２９の位置についての情報を用いて、コアリングビット１１１を特定の距離冷凍試料１２３の中に移動させることにより得られる冷凍試料コアにどのくらいの材料が存在するかを判定することができる。
【００３７】
穴開けが完了した後、Ｚ軸モータ１０３は、冷凍アリコートのうちの少なくとも一部を形成する冷凍試料コア１２５を得るために、冷凍試料１２３からコアリングビット１１１をロボットで引き出す。冷凍試料コア１２５は、図９Ｅに図示されるように、コアリングビットが試料１２３から引き出された後、コアリングビット１１１内に維持される。位置決めシステムは、コアリングビット１１１を冷凍アリコート受容容器１２７’に移動させ、図９Ｆに図示されるように、取り出し装置１４１は冷凍試料コアをアリコート受容容器に取り出す。
【００３８】
プロセッサは、コアリングビット１１１が冷凍試料に挿入される深度である冷凍試料１２３の表面１２９の位置についての情報を用いて、冷凍試料コア１２５が試料材料の少なくとも既定最少容積を含有するか否かを判定する。最初の冷凍試料コア１２５が十分な材料を収容している場合、プロセスは、冷凍試料コアがアリコート受容容器１２７’に堆積されたとき、図９Ｆで終了する。しかしながら、最初の冷凍試料１２５コアが十分な材料を収容していない場合、プロセスは繰り返され（図９Ｇ〜９Ｈ）、コアリングビット１１１は別の冷凍試料コア１２５を得るために使用され、冷凍アリコートが試験に必要とされる少なくとも最小量の材料を含有するまで、アリコート受容容器１２７’にそれを堆積させる。図示される実施形態では、得られた、およびアリコート受容容器１２７’に堆積された各冷凍試料コア１２５は、アリコートの全体的な組成が全親試料１２３の組成のより代表的なものであることを確実にすることを補助することができる最大深度のコアである。しかしながら、冷凍試料１２３が垂直な濃度勾配を含有しない場合、および／またはアリコートの組成が試料の全体的な組成と一致することが重要ではない場合、プロセッサは、本発明の範囲内において、コアリングビット１１１が試料の対向する端に到達する前に冷凍試料コアの穴を開けるプロセスを中断することができる。十分な数の冷凍試料コア１２５が、少なくとも最小量の試料材料を含有するアリコートを形成するようにアリコート受容容１２７’に堆積された後、残りの冷凍された親試料材料１２３を収容する容器１２７は、適切に、凍結保存ユニットに戻され、後でさらに使用されるまで貯蔵される。
【００３９】
ロボット式エンドエフェクタ１０１を使用する方法の別の実施形態は、図１０Ａ−１０Ｄに図示される。この実施形態では、プロセッサは、冷凍試料の表面１２９の位置を識別するために撮像システム１６１を使用する。位置決めシステムが一旦コアリングビット１１１を冷凍試料１２３と整合させると（図１０Ａ）、Ｚ軸モータ１０３は、冷凍試料の表面１２９に焦点が合うまでカメラ１６１を冷凍試料に向かって、および／またはそれから離れて移動させる（図１０Ａ〜１０Ｃに示される）。プロセッサは、いつ試料表面１２９に焦点が合った（例えば周知の自動焦点技術を使用して）かを認識し、試料の表面に焦点が合ったときの撮像システム１６１の位置についての情報を用いて、試料の表面１２９の位置を判定する。プロセッサが、一旦冷凍試料の表面１２９の位置を判定したら、図９Ｃ〜９Ｈと共に上述されるのと実質的に同じ様式で、１つ以上の冷凍試料コア１２５が冷凍試料１２３から得られ、アリコート受容容器１２７’に堆積される。
【００４０】
容器を秤量するために、および／または容器の充填レベルを判定するためにエンドエフェクタ３０１を使用する一方法では、係止ピン３４３は、図１４Ａに図示されるように、フレームに対する載置ブラケット３２１の移動を阻止するために、最初に開口部３４５内に挿入される。その後、つかみ具アセンブリ３０３は、容器（例えば冷凍試料材料を収容する容器）を持ち上げるために使用される。例えば、つかみ具アセンブリ３０３は、１つ以上の冷凍試料コアが容器から採取される（例えば図９Ａ〜９Ｈに図示されるエンドエフェクタの他の部分１０１を使用して）作業台上のステーションに容器を移動するのに備えて、多くの試料容器から１つの試料容器を持ち上げるために使用され得る。係止ピン３４３は、エンドエフェクタ３０１が容器を持ち上げ、移動する間、適切に係止位置を維持する。これは、有利に、容器、つかみ具アセンブリ３０３、および載置ブラケット３２１の加速に関連する荷重を受けることから敏感な重量センサ３０５を保護する。これらの加速に関連する荷重は、重量センサではなく、係止システム３４１を通してフレーム３０７に伝達される。
【００４１】
係止ピン３４３は、容器の重量を測定するために、アクチュエータ３４７（図１４Ｂ）によって開口部３４５から引き出される。係止ピン３４３が一旦引き出され、載置プレートが、それによって、係止システムにより解放されると、重量センサ３０５は、載置プレート３２１、つかみ具アセンブリ３０３、およびつかみ具アセンブリによって保持されるいずれの対象物の重量に耐える。これは、重量測定に対してあるかもしれない加速の影響を避けるために、エンドエフェクタ３０１が浮遊位置で容器と共に固定して保持されている間に行われる。必要であれば、重量測定が行われる前にシステムを確定させるために、滞留時間が使用され得る。重量センサは、かかる荷重を示すシグナルを送信する。容器の重量は、載置ブラケット３２１およびつかみ具アセンブリ３０３の重量を減算することにより判定される。
【００４２】
有意に、エンドエフェクタ３０３は、作業台の場所を少しも取ることなく、容器の重量を測定させる。これは、作業台上の冷凍試料材料の質を保存するために作業台の温度が制御される必要があるため重要である。冷凍生体試料材料を取り扱う場合、制御される必要がある作業台の領域が増加するとき、要求される極低温は相当な費用となる。作業台上の別個の重量ステーションは、温度制御される必要がある領域の量を増加させるだろう。台上の重量ステーションの必要性を避けることにより、エンドエフェクタ３０３は、作業台の温度の制御に関連する費用および問題を増加させることなく、重量測定が行われることを可能にする。
【００４３】
エンドエフェクタ３０１は、容器中の冷凍試料材料から冷凍試料コアを採取するプロセス中、様々なときに容器の重量を測定するために使用され得る。例えば、エンドエフェクタ３０１は、１つ以上の試料コアが容器中の試料材料から採取される前、容器が穴開けステーションに移動されるときに容器の重量を測定するように使用され得る。冷凍試料が採取される前の容器の重量は、容器が試料材料で充填されるレベルについての情報を提供することができる。それは、いくつの冷凍試料コアが容器から既に採取されたかについての情報も提供することができる。エンドエフェクタ３０１は、１つ以上の冷凍試料コアが採取された後（例えばエンドエフェクタが作業台上の貯蔵ラックに容器を戻すように使用される間）、容器を秤量することができ、その場合、穴開け前と穴開け後との容器の重量間の差は、プロセス中に容器から採取された冷凍試料コアに含有される材料の量についての情報を提供する。エンドエフェクタ３０３は、冷凍試料コアが配置される容器の重量を測定するためにも使用することができる（例えばエンドエフェクタが作業台上の貯蔵ラックにアリコート含有容器を設置するために使用される間）。この場合、アリコート含有容器の重量と容器の風袋重量との間の差は、アリコート含有容器に収容される材料の量についての情報を提供する。
【００４４】
上述の方法のいくつかでは、プロセッサは、試料表面１２９の位置を識別するために、単に充填レベル検出システム１３１の一態様（すなわちエンドエフェクタ１０１と試料表面１２９との間の接触を検出する撮像システム１６１のみ、またはセンサ１４７のみ）を使用する。しかしながら、プロセッサは、より頑強なシステムをもたらすために、同じ方法において、同時に冷凍試料の表面１２９を見出すために選択肢を２つ以上使用することを認識する。例えば、プロセッサは、試料容器が試料材料で充填されるレベルを検出するために、容器重量、視覚システムによる試料の視覚検査、および／またはエンドエフェクタが冷凍試料の上表面と最初に接触したときの検出のいずれかの組み合わせを使用することができる。それによって、エンドエフェクタの重量測定および充填レベル検出の能力は、各冷凍アリコートが少なくとも最小量の試料材料を含有することを確実にし、確認する、冷凍試料から冷凍アリコートを採取するための頑強なロボット式システムを生成するために使用され得る。
【００４５】
本発明のその好ましい実施形態の要素を導入するとき、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」は、要素のうちの１つ以上が存在することを意味するものとする。用語「備える」、「含む」、および「有する」は包括的であり、列挙される要素以外の追加要素が存在し得ることを意味するものとする。
【００４６】
前述を考慮して、本発明のいくつかの目的が達成され、他の有益な結果が得られることが見出されるだろう。
【００４７】
様々な変更は、本発明の範囲から逸脱することなく上記の構成において行うことができるが、上記の説明に含まれ、添付の図面に示される全ての内容は、図示的であると解釈されるべきであり、制限する意味ではないものとする。
【図１】
2015510117.tif 000003
【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９Ａ】
2015510117.tif 000011
【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ−１】
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【図９Ｄ−２】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図９Ｇ】
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【図１０Ａ】
2015510117.tif 000019
【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年7月29日(2014.7.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
他の目的および特徴は、一部は明らかであり、一部は以下に指摘される。
本発明はさらに、たとえば、以下を提供する。
（項目１）
複数の容器に収容され、各冷凍試料が前記容器の底から離間した表面を有する多くの冷凍試料から、冷凍アリコートを収集するためのロボット式エンドエフェクタであって、
前記冷凍試料から冷凍試料コアを採取するためのコアリングビットと、
前記冷凍試料から冷凍試料コアを抽出する様式で、前記冷凍試料に対して前記コアリングビットを移動させるように適合される冷凍試料コア抽出システムと、
どのくらいの試料材料がそれぞれの容器に収容されているかを検出するように適合される充填レベル検出システムと、
前記充填レベル検出システムからシグナルを受信し、前記シグナルおよび前記冷凍試料コア抽出システムの動作に関する情報を用いて、（ａ）前記コアリングビットによって得られた冷凍試料コア中に含有される前記材料の量、および（ｂ）特定の冷凍試料から既定量の材料を得るために、その冷凍試料から必要とされる冷凍試料コアの数のうちの少なくとも１つを判定するように適合される、プロセッサと、を備える、ロボット式エンドエフェクタ。
（項目２）
前記冷凍試料コア抽出システムが、前記コアリングビットを回転させるように適合されるモータを備える、項目１に記載のロボット式エンドエフェクタ。
（項目３）
前記コアリングビットが、長手方向軸を有し、前記冷凍試料コア抽出システムが、前記コアリングビットを軸方向に移動させるように適合されるモータを備える、項目１または２のいずれか１項に記載のロボット式エンドエフェクタ。
（項目４）
前記コアリングビットによって採取された冷凍試料コアを前記コアリングビットから取り出すように適合される取り出し装置をさらに備え、前記取り出し装置が、前記取り出し装置が前記コアリングビットの遠位端を超えて延在する延在位置と、前記取り出し装置が前記コアリングビットの遠位端を超えて延在しない後退位置との間で移動可能である、項目１〜３のいずれか１項に記載のロボット式エンドエフェクタ。
（項目５）
前記充填レベル検出システムが、前記取り出し装置と前記冷凍試料の前記表面との間の接触を検出するように適合されるセンサを備える、項目４に記載のロボット式エンドエフェクタ。
（項目６）
前記センサが、電気的性質における変化を検出するように適合され、前記変化が、前記取り出し装置と前記冷凍試料との間の接触に関連する、項目５に記載のロボット式エンドエフェクタ。
（項目７）
前記取り出し装置が、前記取り出し装置が前記延在位置にあり、前記取り出し装置が前記冷凍試料のうちの１つと接触するように前記ロボット式エンドエフェクタが移動されるとき、前記冷凍試料によって前記延在位置から前記後退位置に移動されるように適合され、前記センサが、前記後退位置に向かう前記取り出し装置の移動を検出するセンサを備える、項目５に記載のロボット式エンドエフェクタ。
（項目８）
前記充填レベル検出システムが、前記ロボット式エンドエフェクタと冷凍試料の前記表面との間の接触を検出するように適合されるセンサを備える、項目１〜４のいずれか１項に記載のロボット式エンドエフェクタ。
（項目９）
前記充填レベル検出システムが、撮像システムを備え、前記プロセッサが、前記冷凍試料の表面に対して前記撮像システムを移動させ、前記撮像システムがいつ前記表面に焦点が合ったかを判定し、かつそれが前記冷凍試料の表面に焦点が合ったときの前記撮像システムの位置についての情報を用いて、前記冷凍試料の前記表面の位置を判定するように適合される、項目１〜８のいずれか１項に記載のロボット式エンドエフェクタ。
（項目１０）
前記充填レベル検出システムが、前記冷凍試料の前記表面の位置を検出するように適合される、項目１〜９のいずれか１項に記載のロボット式エンドエフェクタ。
（項目１１）
複数の容器に収容され、各冷凍試料が、前記容器の底から離間した表面を有する多くの冷凍試料から、冷凍アリコートを自動的に収集する冷凍アリコータシステム用の充填レベル検出システムであって、プロセッサと、
（ａ）撮像システム、ならびに前記冷凍試料のうちの１つに向かって、およびそれから離れて前記撮像システムを移動させるように適合されるシステムであって、前記プロセッサが、前記撮像システムがいつ前記冷凍試料の表面に焦点が合ったかを判定し、それが前記冷凍試料の表面に焦点が合ったときの前記撮像システムの位置についての情報を用いて、どのくらいの試料材料が前記容器に収容されているかを判定するように適合される、撮像システムおよびシステムと、
（ｂ）プローブ、前記冷凍試料のうちの１つの前記表面に向かって、およびそれから離れて前記プローブを移動させるためのシステム、ならびに前記冷凍試料の前記表面と前記プローブとの間の接触を検出するように適合されるセンサであって、前記プロセッサが、前記センサからのシグナルおよび前記プローブを移動させるための前記システムの動作についての情報を用いて、前記冷凍試料の前記表面の前記位置を判定するように適合される、プローブ、システム、およびセンサと、
（ｃ）ロボット式エンドエフェクタであって、前記容器のうちの１つを持ち上げるように適合されるつかみ具と、前記エンドエフェクタ上の前記持ち上げられた容器によってもたらされる力を測定することにより前記持ち上げられた容器の重量を検出するように適合されるセンサと、を備え、前記プロセッサが、前記センサからのシグナルおよび前記容器に収容された試料についての情報を用いて、どのくらいの試料材料が前記容器に収容されているかを判定するように適合される、ロボット式エンドエフェクタと、のうちの少なくとも１つを備える、充填レベル検出システム。
（項目１２）
前記充填レベル検出システムが、プローブと、前記冷凍試料のうちの１つの前記表面に向かって、およびそれから離れて前記プローブを移動させるためのシステムと、前記冷凍試料の前記表面と前記プローブとの間の接触を検出するように適合されるセンサと、前記センサからのシグナルおよび前記プローブを移動させるための前記システムの動作に関する情報を用いて、前記冷凍試料の前記表面の位置を判定するように適合されるプロセッサと、を備える、項目１１に記載の充填レベル検出システム。
（項目１３）
前記プローブが、前記コアリングビットから冷凍試料コアを取り出すように適合される取り出し装置を備える、項目１２に記載の充填レベル検出システム。
（項目１４）
前記センサが、前記プローブと前記冷凍試料の前記表面との間の接触に関連する前記プローブの移動を検出するように適合されるセンサを備える、項目１３に記載の充填レベル検出システム。
（項目１５）
前記センサが、電気的性質における変化を検出するように適合され、前記変化が、前記プローブと前記冷凍試料の前記表面との間の接触に関連する、項目１２に記載の充填レベル検出システム。
（項目１６）
前記充填レベル検出システムが、ロボット式エンドエフェクタであって、前記容器のうちの１つを持ち上げるように適合されるつかみ具と、前記エンドエフェクタ上の前記持ち上げられた容器によってもたらされる力を測定することにより、前記持ち上げられた容器の重量を検出するように適合されるセンサと、を備えるロボット式エンドエフェクタを備え、前記プロセッサが、前記センサからのシグナルおよび前記容器に収容された前記試料についての情報を用いて、前記冷凍試料の前記表面の位置を判定するように適合される、項目１１に記載の充填レベル検出システム。
（項目１７）
前記センサが、前記エンドエフェクタ上に載置される、項目１６に記載の充填レベル検出システム。
（項目１８）
係止機構と、第１および第２のブラケットと、をさらに備え、前記第２のブラケットが前記第１のブラケットに接続されるため、前記第２のブラケットが前記第１のブラケットの重量を支持し、前記係止システムが、前記係止システムが係止状態にあるとき、前記第１および第２のブラケットを相互に対して定位置に係止するように動作可能であり、前記センサが、前記第１のブラケットを前記第２のブラケットに接続する歪みゲージであり、前記歪みゲージが、前記歪みゲージが、前記係止システムが係止解除状態にあるときに、前記第１のブラケットの重量を支持するように位置付けられる、項目１７に記載の充填レベル検出システム。
（項目１９）
前記歪みゲージが、荷重セルを備える、項目１８に記載の充填レベル検出システム。
（項目２０）
前記充填レベル検出システムが、前記冷凍試料の前記表面の位置を検出するように適合される、項目１６〜１９のいずれか１項に記載の充填レベル検出システム。
（項目２１）
容器に収容される冷凍試料から冷凍アリコートを採取する自動化方法であって、
前記容器の底から離間した前記冷凍試料の表面の位置を判定し、プロセッサに前記表面の前記位置を示すシグナルを出力するためのセンサを使用することと、
前記冷凍試料内の位置に、前記プロセッサの誘導により、前記冷凍試料の中にコアリングビットの先端をロボットで挿入することと、
冷凍試料コアを得るために、前記冷凍試料から前記コアリングビットをロボットで引き出すことであって、前記冷凍試料コアが前記冷凍アリコートのうちの少なくとも一部を形成することと、
前記冷凍アリコートが、前記試料の前記表面の位置および前記冷凍試料内の前記位置についての情報を用いて、前記冷凍アリコートが少なくとも既定最少容積の試料材料を含有するか否かを判定することにより、少なくとも前記既定最少容積の試料材料を含むことを確実にすることと、を含む、自動化方法。
（項目２２）
前記冷凍アリコートが少なくとも前記既定最少容積の試料材料を含有するまで、前記冷凍試料から別の冷凍試料コアを得て、前記冷凍アリコートにそれを添加するために、挿入ステップおよび引き出しステップを繰り返すことをさらに含む、項目２１に記載の自動化方法。
（項目２３）
前記冷凍試料の前記表面の位置を見つけることが、ロボットで前記冷凍試料の前記表面をプローブと接触させることと、前記プローブと前記冷凍試料の前記表面との間の接触を検出するためのセンサを使用することと、を含む、項目２１〜２２のいずれか１項に記載の自動化方法。
（項目２４）
前記コアリングビットから前記冷凍試料コアを取り出すために前記プローブを使用することをさらに含む、項目２３に記載の自動化方法。
（項目２５）
前記冷凍試料の前記表面の位置を見つけることが、前記試料に対して撮像システムを移動させることと、前記プロセッサを用いて前記撮像システムがいつ前記冷凍試料の表面に焦点が合ったかを判定することと、を含む、項目２１に記載の自動化方法。
（項目２６）
前記アリコートを採取した後、残りの冷凍試料を凍結保存ユニットに設置して、後に使用するために残りの冷凍試料を貯蔵することをさらに含む、項目２１〜２５のいずれか１項に記載の自動化方法。
（項目２７）
容器を移動させ、かつ秤量するためのロボット式エンドエフェクタであって、
フレームと、
載置ブラケットと、
前記載置ブラケット上に載置されるつかみ具アセンブリであって、試料材料を含有する容器を、前記容器および前記容器中の試料材料の重量に耐えるように、浮遊位置で保持するように動作可能である、つかみ具アセンブリと、
前記フレームおよび載置ブラケットに接続される重量センサであって、前記重量センサを通して前記フレームと載置ブラケットとの間で伝達された力の量を示すシグナルを出力するように適合される、重量センサと、
係止位置と係止解除位置との間に選択的に移動可能な係止要素を含む係止機構であって、前記係止位置において、前記係止要素が、前記載置ブラケットとフレームとの間の相対的移動を制限し、かつ前記載置ブラケットの重量の少なくとも一部に耐え、前記係止解除位置において、前記係止要素が前記載置ブラケットのいずれの重量にも耐えず、前記重量センサが前記載置ブラケットの重量に耐える、係止機構と、を備える、ロボット式エンドエフェクタ。
（項目２８）
前記載置ブラケットを前記フレームに接続するリニアベアリングをさらに備え、前記リニアベアリングが、前記フレームに対して垂直方向に前記載置ブラケットの移動を可能にするように配向され、前記フレームに対して他の方向への前記載置ブラケットの移動を制限する、項目２７に記載のロボット式エンドエフェクタ。
（項目２９）
前記重量センサが、歪みゲージを備える、項目２７または２８のいずれか１項に記載のロボット式エンドエフェクタ。
（項目３０）
前記重量センサが、荷重セルを備える、項目２７または２８のいずれか１項に記載のロボット式エンドエフェクタ。
（項目３１）
前記ロボット式エンドエフェクタが、ピックアンドプレースエンドエフェクタである、項目２７〜３０のいずれか１項に記載のロボット式エンドエフェクタ。
（項目３２）
前記重量センサが、０．５ｍｇ程度に小さい重量の変動を測定するのに十分な感度を有する、項目２７〜３１のいずれか１項に記載のロボット式エンドエフェクタ。
（項目３３）
前記重量センサが、０．３パーセント以下の最大測定限界偏差を維持するように適合される、項目２７〜３２のいずれか１項に記載のロボット式エンドエフェクタ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2015510117.tif 000026
【図５】
2015510117.tif 000027
【図６】
2015510117.tif 000028
【図７】
2015510117.tif 000029
【図８】
2015510117.tif 000030
【図９Ａ】
2015510117.tif 000031
【図９Ｂ】
2015510117.tif 000032
【図９Ｃ】
2015510117.tif 000033
【図９Ｄ】
2015510117.tif 000034
【図９Ｅ】
2015510117.tif 000035
【図９Ｆ】
2015510117.tif 000036
【図９Ｇ】
2015510117.tif 000037
【図９Ｈ】
2015510117.tif 000038
【図１０Ａ】
2015510117.tif 000039
【図１０Ｂ】
2015510117.tif 000040
【図１０Ｃ】
2015510117.tif 000041
【図１０Ｄ】
2015510117.tif 000042
【図１１】
2015510117.tif 000043
【図１２】
2015510117.tif 000044
【図１３】
2015510117.tif 000045
【図１４Ａ】
2015510117.tif 000046
【図１４Ｂ】
2015510117.tif 000047
【国際調査報告】
2015510117.tif 000048
2015510117.tif 000049
2015510117.tif 000050