(57)【要約】対象物上にサンプルや試薬を分注するための方法と装置である。モニター部（６０）に表示されたメンブレンなどの対象物（５０）の画像に基づいて対象物（５０）上の分注位置を分注位置指定部（６２）で指定すると、分注制御部（６４）は対象物上の指定分注位置が分注素子（１０）の下方にくるように対象物と分注素子との相対的位置決めを行ない、分注素子（１０）による分注動作を制御する。分注位置情報作成部（６８）は、分注位置指定部（６２）が指定し分注動作がなされた対象物（５０）上の分注位置に関する分注位置情報を作成し、外部に出力することができる。
2004036228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル又は試薬を滴下する分注素子を備えた分注機構と、
下方の画像を読み取る画像読取り装置と、
サンプル又は試薬が分注される対象物を上面に支持し、水平面内で移動して前記対象物を少なくとも前記分注素子の下方の分注位置及び前記画像読取り装置の下方の画像読取り位置に位置決めする可動テーブルと、
前記画像読取り装置が読み取った画像を表示するモニター部と、
前記モニター部に表示された前記対象物の画像に基づいて対象物上の分注位置を指定する分注位置指定部と、
前記分注位置指定部が指定した対象物上の分注位置が前記分注機構の分注素子の下方にくるように前記対象物と分注素子との相対的位置決めを行ない前記分注機構による分注動作を制御する分注制御部とを備えた液体分注装置。
【請求項２】
前記分注機構は分注素子を複数個備えている請求の範囲第１項に記載の液体分注装置。
【請求項３】
前記分注位置指定部が指定し分注動作がなされた対象物上の分注位置に関する分注位置情報を作成する分注位置情報作成部をさらに備えた請求の範囲第１項又は第２項に記載の液体分注装置。
【請求項４】
前記分注位置情報作成部は作成した分注位置情報を外部に出力できるものである請求の範囲第１項から第３項のいずれかに記載の液体分注装置。
【請求項５】
前記分注位置指定部は前記モニター部に表示された前記対象物の画像上で分注位置を指定するものである請求の範囲第１項から第４項のいずれかに記載の液体分注装置。
【請求項６】
前記分注素子の先端部を撮像する撮像装置をさらに備えている請求の範囲第１項に記載の液体分注装置。
【請求項７】
前記分注素子のうち分注動作を行なう分注素子の先端部を撮像する撮像装置をさらに備え、該撮像装置は分注動作を行なう分注素子の変更に伴って移動できるように移動機構に支持されている請求の範囲第２項に記載の液体分注装置。
【請求項８】
サンプル又は試薬を滴下する分注素子が着脱可能になっている分注機構と、
下方の画像を読み取る画像読取り装置と、
サンプル又は試薬が分注される対象物を上面に支持し、水平面内で移動して前記対象物を少なくとも前記分注素子の下方の分注位置及び前記画像読取り装置の下方の画像読取り位置に位置決めする可動テーブルと、
前記分注機構により前記可動テーブル上の所定の位置に分注を行なったときの前記画像読取り装置による読取り画像に基づいて分注位置を検出し、同時に読み取った前記可動テーブル上の基準となるベースポイントを基にして分注位置の校正を行なう校正部とを備えた分注装置。
【請求項９】
前記分注機構は分注素子を複数個備えており、前記校正部は分注素子のそれぞれについて校正を行なうものである請求の範囲第８項に記載の分注装置。
【請求項１０】
テーブル上の対象物の画像を読み取る画像読取り装置と、
前記画像読取り装置が読み取った画像を基にして、その画像中で指定された位置の情報又は検出された位置の情報をその対象物上の基準となる複数のリファレンスポイントを基にして作成する位置情報作成部とを備えた位置情報読取り装置。
【請求項１１】
前記画像読取り装置が読み取った画像を表示するモニター部と、前記モニター部に表示された前記対象物の画像に基づいて対象物上の位置を指定する位置指定部とをさらに備え、
前記位置情報作成部は前記位置指定部が指定した対象物上の位置の情報を作成するものである請求の範囲第１０項に記載の位置情報読取り装置。
【請求項１２】
前記画像読取り装置は対象物の画像とともに前記テーブルの画像も読み取るものであり、
前記位置情報作成部は前記対象物上の位置をテーブル上の基準となる複数のベースポイントを基にして作成するものである請求の範囲第１０項又は第１１項に記載の位置情報読取り装置。
【請求項１３】
前記分注位置情報作成部は作成した分注位置情報を外部に出力できるものである請求の範囲第１０項から第１２項のいずれかに記載の位置情報読取り装置。
【請求項１４】
サンプル又は試薬が分注される表面をもつ板状体であって、前記表面内に位置の基準となる複数のマークを備えているサンプルプレート。
【請求項１５】
サンプル又は試薬を滴下するノズルを備えた分注機構と、
サンプル又は試薬が分注される対象物を上面に支持し、水平面内で移動して前記対象物を前記ノズルの下方に位置決めする可動テーブルと、
平面上は前記可動テーブルの移動範囲内にあって、前記可動テーブルと接触しない上方の位置に取りつけられ、前記ノズルの先端部を斜め上方から撮像する撮像装置とを備えた分注装置。
【請求項１６】
前記ノズルの先端部を挟んで前記撮像装置とは反対側の位置に光源が配置されており、前記光源はその発する光が前記対象物の表面で反射し前記ノズルの先端部を経由して前記撮像装置に入射する方向に向けられている請求の範囲第１５項に記載の分注装置。
【請求項１７】
前記撮像装置は前記ノズルの先端部に形成される液滴の形状を前記ノズル先端部の画像として撮像する請求の範囲第１５項又は第１６項に記載の分注装置。
【請求項１８】
前記撮像装置は前記ノズルの先端部の画像とともに前記ノズルの下部にある前記対象物表面の画像も撮像するように設定されている請求の範囲第１５項から第１７項のいずれかに記載の分注装置。
【請求項１９】
サンプル又は試薬を滴下するノズルの斜め上方に撮像装置を設置して、そのノズルから滴下する液滴の状態を前記撮像装置により撮像することにより分注状態をモニタすることを特徴とするモニタリング方法。
【請求項２０】
吐出部が下向きの開口をもち、その吐出部につながる空間に充填された液を、ピエゾ素子を備えた駆動部により押圧することによりその吐出部から液滴を吐出するピエゾチップと、前記空間に充填された液の圧力状態を調整できる圧力制御機構と、前記吐出部の画像を撮像する撮像装置を備えた分注ユニットにおける分注方法において、
前記空間に液を充填する前の前記吐出部の画像を前記撮像装置により取り込んで記憶させておき、
前記ピエゾチップからの分注動作を開始する前の準備段階として、前記空間に液を充填した後、前記撮像装置により前記吐出部の画像を取り込んで液充填前の画像との差異を求めながら前記圧力制御機構を制御することにより、液が前記吐出部から現れた後、液充填前の画像との差異がなくなるまで後退させる工程とを備えた分注方法。
【請求項２１】
前記圧力制御機構の制御を前記撮像装置により取り込んだ画像に基づいて自動で行なわせる請求の範囲第２０項に記載の分注方法。
【請求項２２】
吐出部が下向きの開口をもち、その吐出部につながる空間に充填された液を、ピエゾ素子を備えた駆動部により押圧することによりその吐出部から液滴を吐出するピエゾチップを備えた分注ユニットと、
前記空間に充填された液の圧力状態を調整できる圧力制御機構と、
前記吐出部の画像を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置が撮像した画像を記憶する記憶装置と、
前記空間に液を充填する前の前記吐出部の画像で前記記憶装置に記憶された画像と前記空間に液を充填した後の画像とを比較し、液が前記吐出部から現れた後、液充填前の画像との差異がなくなるまで後退するように前記圧力制御機構を制御する制御装置とを備えた分注装置。
【請求項２３】
前記撮像装置は前記吐出部の画像を水平方向から撮像するように設置されている請求の範囲第２２項に記載の分注装置。
【請求項２４】
先端の吐出部から液滴を吐出する分注ユニットにおける分注方法において、
前記吐出部から吐出された液滴の画像を取得するステップと、
その取り込んだ画像に基づいて液滴の大きさを求めるステップと、
その求めた液滴の大きさに基づいて液滴の分注量が所定値になるように前記分注ユニットの吐出駆動部への制御信号のパラメータを調節するステップとを備えた分注方法。
【請求項２５】
前記分注ユニットは、先端の吐出部につながる空間に充填された液を、ピエゾ素子を備えた駆動部により押圧することによりその吐出部から液滴を吐出するピエゾヘッドを備えたピエゾ分注方式のものである請求の範囲第２４項に記載の分注方法。
【請求項２６】
前記制御信号のパラメータは、前記ピエゾ素子への印加電圧の大きさ、印加電圧の立上がり時間、印加時間、印加電圧の立下がり時間のうちの少なくとも１つを含んでいる請求の範囲第２５項に記載の分注方法。
【請求項２７】
前記分注ユニットはシリンジポンプによる分注方式のものである請求の範囲第２４項に記載の分注方法。
【請求項２８】
前記制御信号のパラメータは、前記シリンジポンプのプランジャのストローク、速さ、加速のうちの少なくとも１つを含んでいる請求の範囲第２７項に記載の分注方法。
【請求項２９】
液滴の大きさを求める画像は、前記吐出部の先端に玉状にぶら下がった状態の液滴の画像である請求の範囲第２７項又は第２８項に記載の分注方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、化学、工業、臨床、バイオ技術などの分野で使用される分析装置において、サンプルや試薬を分注するための方法と装置に関するものである。
【背景技術】  対象分子の質量を分析する目的で、質量分析装置に装着されたサンプルプレート上に配置された試料にレーザー光を照射することにより試料をイオン化して分析するレーザー脱離イオン化質量分析方法が行なわれている。試料をサンプルプレート上に配置して作成する際、マトリックスを使用する方法と、使用しない方法がある。
マトリックスを使用する方法を飛行時間型質量分析装置と組み合わせた方法は、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ（マトリックス支援型レーザー脱離イオン化−飛行時間）質量分析方法と呼ばれている。ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦでは、測定試料はマトリックス溶液とともにサンプルプレートに滴下し、乾燥後測定を行なっている。
一方、対象試料としては、生体分子を電気泳動等により分離した後、メンブレンに転写して固相化し、そのメンブレンに固相化された試料に対しピエゾ素子による微量分注技術を利用してメンブレン上で各種反応を行ない生成する反応産物を利用して質量分析する方法が提唱されている（国際公開第ＷＯ９８／４７００６号パンフレット参照。）。
メンブレン上に展開して固相化された物質を検出する方法として、免疫ブロット法がある。免疫ブロット法は一般にはウェスタンブロット法とも呼ばれ、タンパク質試料等を電気泳動により展開し、その後メンブレンに固相化した後に、対象物質に対する特異抗体をプローブとして反応させてその存在を検出する方法である。
サンプルプレート、又はサンプルプレート上にメンブレンを固定した対象物にピエゾ素子などによる分注機構により試薬やサンプルを分注した後、そのサンプルプレートなどを別の装置、例えば質量分析系やその他の分析装置、又は前処理装置に移し変えて分析や次の処理を行なう。
サンプルプレートやメンブレンに展開したスポットのみに正確に試薬やサンプルを分注することがまず必要になる。
分注機構で分注素子が詰まったり、他の試薬やサンプルを分注するために分注素子（分注素子という）を交換できるようになっていることが好ましい。その際、分注素子を新たに装着したり、交換したりしたときに、所定の位置からずれることがある。
試薬やサンプルを分注したサンプルプレートは次の分析装置や処理装置に移し替えたとき、試薬などを分注した位置を正確に知る必要がある。
対象物に対し処理を施したときにその位置情報を知りたいという要請は、液体分注装置に限らず種々の分析装置や処理装置で共通している。
サンプル、試薬にかかわらず、液相を用いることの多い分析装置の分野では、分析の際に使用する溶液の量を減らす試みが行われている。これは、貴重なサンプルの無駄を省くためや高価な試薬の使用量を減らすためのみならず、溶液間の生化学的な反応においては、溶液の量が少ないほど反応にかかる時間が短くてすむため、実験の処理効率をあげるために有効な方法だからである。
微量溶液で反応を実行するためには、サンプル又は試薬を微量に分注する分注装置が必要である。微量の液を分注するための方法として、ピエゾ素子などの圧電素子を用いた方法やバルブの開閉による方法、溶液を局所的に加熱してできる気泡を用いる方法など、様々なものが実用化されている。
微量な液体を目的の容器に分注する際には、圧電素子であれば素子への電圧の与え方、バルブを用いるのであれば開閉時間など、種々のパラメータの微妙な制御が要求される。これらのパラメータを最適化するため、また、数多くのポジションに分注する際には分注時間も長期にわたるため、分注する液滴の形状をモニタして分注機のおかれている環境の変化や圧電素子の経時変化に対応するために、分注ヘッド先端部に形成される液滴の画像を撮像装置で取り込んでモニタすることが行われている。
第１６図に分注ヘッド先端部をモニタする撮像装置を設けた従来の分注装置を示す。
１０２は試薬を分注する分注機構であり、その下端にノズルを有し、微量の試薬を滴下できるようになっている。分注機構１０２の下部にはＸ−Ｙテーブル１０４が配置されており、Ｘ−Ｙテーブル１０４上には試薬の分注される対象物が載置される。Ｘ−Ｙテーブル１０４は水平面内でＸ方向とＹ方向に移動し、対象物の試薬分注位置を分注機構１０２のノズルの下方に位置決めする。
１０６はノズル先端部に形成される液滴の状態をモニタする撮像装置であり、透過画像でモニタするために撮像装置１０６と反対側には光源１０８が配置されている。
目標とする分注ポジションに正確に分注するためには、分注ノズル先端部と対象物の距離は短いほうが好ましい。そのため、分注状態をモニタリングする撮像装置１０６は、水平状態に、すなわちノズル先端部と同じ高さに設置されている。
また、対象物上の多数のポジションで安定した分注を行うために、第１６図に示されているように、対象物はＸ−Ｙテーブル１０４などの可動テーブルに乗せられる。
撮像装置１０６を水平方向に設置し、かつ、Ｘ−Ｙテーブル１０４と撮像装置１０６との間の干渉を避けようとすると、撮像装置１０６をＸ−Ｙテーブル１０４の移動範囲外に取り付けなければならず、装置が大型化する。
ピエゾチップを備えた分注装置としては、吐出部が下向きの開口をもち、その吐出部につながる空間に充填された液を、ピエゾ素子を備えた駆動部により押圧することによりその吐出部から液滴を吐出するピエゾチップを備えた分注ユニットがある。
そのような分注装置で、ピエゾチップから液を微量分注する場合、そのピエゾチップの先端に余分な液が存在せず、ちょうど先端まで液が充填された状態を保たなくては意図した液量の液滴を吐出させることはできない。
そのため、これまでは、分注を開始する前のテスト分注においてピエゾチップ先端をＣＣＤカメラ等で撮像して拡大表示し、その画像を見ながらマニュアル操作で充填し、余分な液が先端から漏れていれば拭き取るという操作を行なっていた。
しかし、従来のマニュアルによる方法では、ピエゾチップへの液の充填は経験がないとなかなかうまくできず、意図した大きさの液滴を作り出すことが困難であった。
サンプル液や試薬液などのｐＬ〜μＬの微量分注はピエゾ方式やシリンジ方式で行われている。
ピエゾ方式の分注装置は、第１７図に示されるように、先端に吐出部をもつピエゾチップ３０２を備えている。ピエゾチップ２は吐出部につながる液溜めを、ピエゾ素子を備えた駆動部により押圧することにより吐出部から液滴３０６を吐出する。駆動部を制御して一定の大きさの液滴を吐出するために、ピエゾ分注制御部３０４が設けられており、ピエゾ分注制御部３０４に設定されたピエゾ素子駆動のパラメータに従ってピエゾチップ３０２から液滴３０６を吐出する。
シリンジ方式の分注装置は、第１８図に示されるように、シリンジポンプ３１０につながるプローブ３１２からの液滴６の吐出を、シリンジポンプ３１０を作動させるモータ３１４を駆動することにより行なう。プローブ３１２の先端にはディスポーザブル（使い捨て）チップ３１６が設けられることもある。チップ３１６はサンプル又は試薬ごとに付け替えられる。シリンジポンプ３１０の動作パラメータが設定されたものになるように、シリンジ分注制御部３１８によりモータ３１４の駆動を制御することにより、所定の大きさの液滴３０６が吐出される。
吐出しようとするサンプルや試薬の粘性などの液性によって吐出条件を設定しているが、温度など環境条件の変化によって吐出される液滴の大きさは変化する。また液滴が微量になればなるほど定量性にかけてくる。
本発明は、分注すべき位置に正確に分注できるようにすることを目的とするものである。
【発明の開示】
本発明の第１の局面は、分注すべき位置を指定することができ、指定した位置に自動的に分注できるようにする分注装置によって上記目的を達成するものである。
その第１の局面の分注装置は、サンプル又は試薬を滴下する分注素子を備えた分注機構と、下方の画像を読み取る画像読取り装置と、サンプル又は試薬が分注される対象物を上面に支持し、水平面内で移動して前記対象物を少なくとも前記分注素子の下方の分注位置及び前記画像読取り装置の下方の画像読取り位置に位置決めする可動テーブルと、前記画像読取り装置が読み取った画像を表示するモニター部と、前記モニター部に表示された前記対象物の画像に基づいて対象物上の分注位置を指定する分注位置指定部と、前記分注位置指定部が指定した対象物上の分注位置が前記分注機構の分注素子の下方にくるように前記対象物と分注素子との相対的位置決めを行ない前記分注機構による分注動作を制御する分注制御部とを備えている。
第１の局面の分注装置によれば、画像読取り装置が読み取った画像をモニター部に表示し、そのモニター部に表示された対象物の画像に基づいて対象物上の分注位置を指定することにより、分注制御部が対象物と分注素子との相対的位置決めを行ない分注機構による分注動作を制御するようにしたので、モニター部に表示された画像上で分注位置を指定することにより、その指定された位置に試薬やサンプルが自動的に分注される。
分注機構は分注素子を複数個備え、共通の分注位置又は異なる分注位置に複数種類の試薬やサンプルを注入できるようにしてもよい。
分注位置情報作成部をさらに備え、分注位置指定部が指定し分注動作がなされた対象物上の分注位置に関する分注位置情報を作成するようにしてもよい。これにより、対象物のどの位置に分注がなされたかを情報として残すことができる。
さらに、分注位置情報作成部は作成した分注位置情報を外部に出力できるものとしてもよい。試薬やサンプルが分注された対象物は、質量分析装置などの分析装置に移送されたり、必要に応じて前処理装置に移送される。その際、移送先の分析装置や前処理装置では、分注位置情報作成部が作成し出力した分注位置情報を取りこみ、その対象物の分注された位置を知ることにより分注位置の分析を行なったり、分注位置に前処理を施したりする作業を容易に行なうことができるようになる。
分注位置指定部はモニター部に表示された対象物の画像上で、例えばカーソルにより分注位置を指定するようにするものとすることができる。
分注動作をモニターして分注素子からの吐出量を調整するために、分注素子の先端部を撮像する撮像装置をさらに備えることができる。その場合、分注機構が複数の分注素子を備えている場合には、撮像装置は分注素子のうち分注動作を行なう分注素子の先端部を撮像するように、分注動作を行なう分注素子の変更に伴って移動できるように移動機構に支持されている。
本発明の第２の局面は、分注素子を新たに装着したり、交換したりしたときにも正確な分注動作を行なうことができるようにすることによって上記目的を達成するものである。
その第２の局面の分注装置は、サンプル又は試薬を滴下する分注素子が着脱可能になっている分注機構と、下方の画像を読み取る画像読取り装置と、サンプル又は試薬が分注される対象物を上面に支持し、水平面内で移動して前記対象物を少なくとも前記分注素子の下方の分注位置及び前記画像読取り装置の下方の画像読取り位置に位置決めする可動テーブルと、前記分注機構により前記可動テーブル上の所定の位置に分注を行なったときの前記画像読取り装置による読取り画像に基づいて分注位置を検出し、同時に読み取った前記可動テーブル上の基準となるベースポイントを基にして分注位置の校正を行なう校正部とを備えている。
分注機構の分注素子は所定の位置に装着されるようになっているが、装着した分注素子の分注位置が常に同じ位置になるようにするには、分注素子装着部分に高度な機械加工精度が要求される。また、個々の分注素子には機差がある。そのため、分注位置が所定の位置になるように分注素子の装着を調整しようとすれば高度な機械加工精度と熟練した調整能力が要求される。
しかし、第２の局面の液体分注装置では、分注機構の分注素子が着脱可能になっており、分注素子により可動テーブル上の所定の位置に分注を行なったときの画像読取り装置による読取り画像に基づいて分注位置を検出し、同時に読み取った可動テーブル上の基準となるベースポイントを基にして分注位置の校正を行なうようにしたので、分注素子の装着や交換に伴う調整作業が簡単なものになる。
第２の局面は分注素子を複数個備えたものも含んでいる。その場合、校正部は各分注素子について校正を行なう。
本発明の第３の局面は、液体分注その他の処理を施した位置に関する正確な情報を作成できるようにする位置情報読取り装置により上記目的を達成するものである。
その第３の局面の位置情報読取り装置は、テーブル上の対象物の画像を読み取る画像読取り装置と、前記画像読取り装置が読み取った画像を基にして、その画像中で指定された位置の情報又は検出された位置の情報をその対象物上の基準となる複数のリファレンスポイントを基にして作成する位置情報作成部とを備えている。
対象物上の指定位置の情報を得る場合には、画像読取り装置が読み取った画像を表示するモニター部と、前記モニター部に表示された前記対象物の画像に基づいて対象物上の位置を指定する位置指定部とをさらに備え、前記位置情報作成部は前記位置指定部が指定した対象物上の位置の情報を作成するものとする。
位置情報読取り装置は、画像読取り装置が読み取った画像を基にして、その画像中で指定された位置の情報又は検出された位置の情報をその対象物上の基準となる複数のリファレンスポイントを基にして作成するようにしたので、リファレンスポイントを基にして対象物内での位置情報を正確に定めることができる。
そして、対象物を分析装置などに移動させた場合にも、そのリファレンスポイントを基にしてその位置情報から対象物内での目的とする位置に正確に位置決めすることができるようになる。
前記画像読取り装置は対象物の画像とともに前記テーブルの画像も読み取るものとし、前記位置情報作成部は前記対象物上の位置をテーブル上の基準となる複数のベースポイントを基にして作成するものとすることができる。これにより、対象物内での目的とする位置の情報をベースポイントを基にして正確に定めることができる。そして、対象物をいったんテーブルから取り外し、再びテーブルに取り付けた場合にも、そのベースポイントを基にしてその位置情報から対象物内での目的の位置に正確に位置決めすることができるようになる。
位置情報作成部は作成した位置情報を外部に出力できるものとすれば、その対象物を分析装置など他の装置に移送した場合にも、その位置情報を利用して目的とする位置に正確に位置決めすることができる。
本発明の第４の局面は、液体分注その他の処理を施した位置に関する正確な情報を作成できるようにするサンプルプレートにより上記目的を達成するものである。
その第４の局面のサンプルプレートは、位置情報を正確に得るのに好都合なものであって、サンプル又は試薬が分注される表面をもつ板状体であって、その表面内に位置の基準となる複数のマークを備えている。
そのサンプルプレートはサンプル又は試薬が分注される表面内に位置の基準となる複数のマークを備えているので、サンプルプレート内の分注位置の正確な位置情報を作成するのに好都合である。
本発明の第５の局面は、た分注装置を小型化するとともに、分注状態をモニタできる機構を備えることにより上記目的を達成するものである。
その第５の局面の分注装置は、サンプル又は試薬を滴下するノズルを備えた分注機構と、サンプル又は試薬が分注される対象物を上面に支持し、水平面内で移動して前記対象物を前記ノズルの下方に位置決めする可動テーブルと、平面上は前記可動テーブルの移動範囲内にあって、前記可動テーブルと接触しない上方の位置に取りつけられ、前記ノズルの先端部を斜め上方から撮像する撮像装置とを備えている。
分注状態をモニタするための撮像装置を、水平方向から角度をもたせて斜め上方に配置するようにしたことにより、可動テーブルと干渉することなく可動テーブルの移動範囲内に設置することができ、分注装置が小型になる。
ノズルの先端部を挟んで撮像装置とは反対側の位置に光源を配置してもよく、その場合、その光源はその発する光が対象物の表面で反射しノズルの先端部を経由して撮像装置に入射する方向に向けられる。このような光源を設けることにより、ノズル先端部に形成されるサンプル又は試薬の滴をモニタする場合には、その滴の画像を透過光で撮像することができるようになり、より鮮明な画像を得て正確なモニタを行なうことができるようになる。
撮像装置はノズルの先端部の画像とともにノズルの下部にある対象物表面の画像も撮像するように設定しておくこともできる。その場合には、ノズル先端部のモニタとともに、対象物表面の状態もモニタできるようになり、より多くの情報を得ることができる。例えば、目的とするポジションに的確にサンプルや試薬が分注できているかどうかを確認できるようになったり、また例えば、サンプルや試薬が分注される対象物が膜の場合、分注前後の膜の状態を観察したり、反応中の膜状態の経時変化の観察をしたりすることも可能になる。
本発明の第６の局面は、ピエゾチップによる分注方法と分注装置において、分注開始前にピエゾチップ先端の液量調整を容易にすることにより上記目的を達成しようとするものである。
第６の局面の分注方法は、吐出部が下向きの開口をもち、その吐出部につながる空間に充填された液を、ピエゾ素子を備えた駆動部により押圧することによりその吐出部から液滴を吐出するピエゾチップと、前記空間に充填された液の圧力状態を調整できる圧力制御機構と、吐出部の画像を撮像する撮像装置を備えた分注ユニットにおける分注方法において、前記空間に液を充填する前の吐出部の画像を撮像装置により取り込んで記憶させておき、ピエゾチップからの分注動作を開始する前の準備段階として、前記空間に液を充填した後、撮像装置により吐出部の画像を取り込んで液充填前の画像との差異を求めながら圧力制御機構を制御して、液が吐出部から現れた後、液充填前の画像との差異がなくなるまで液を後退させる工程を設ける。
液をピエゾチップへ充填する前のピエゾチップ先端の画像は液が吐出部から現れていない状態を表わしており、液をピエゾチップに充填する際の基準になる状態である。その後、ピエゾチップに液を入れ、圧力制御機構により圧力をかけてピエゾチップの吐出部まで液を供給する。この状態が液を充填した状態となる。液の充填開始からピエゾチップの吐出部の画像を取得し、充填前の画像との差をとっていく。圧力制御機構により加圧していって、その画像の差として吐出部から余分液量が現れたのを確認できると、そこから圧力制御機構を陰圧にするように圧力制御にフィードバックをかけ、余分液量が見えなくなるところで圧力制御を固定する。これで分注動作前の準備が完成し、その状態から吐出による分注を開始する。
この準備段階の工程を制御装置により自動化すれば、ピエゾチップへの液の充填を開始するだけで、ピエゾチップによる分注ができるようになるまで自動的に圧力調整が実行される。
この第６の局面の分注方法が実行される本発明の分注装置は、吐出部が下向きの開口をもち、その吐出部につながる空間に充填された液を、ピエゾ素子を備えた駆動部により押圧することによりその吐出部から液滴を吐出するピエゾチップを備えた分注ユニットと、前記空間に充填された液の圧力状態を調整できる圧力制御機構と、吐出部の画像を撮像する撮像装置と、撮像装置が撮像した画像を記憶する記憶装置と、前記空間に液を充填する前の吐出部の画像で記憶装置に記憶された画像と前記空間に液を充填した後の画像とを比較し、液が吐出部から現れた後、液充填前の画像との差異がなくなるまで後退するように圧力制御機構を制御する制御装置とを備えている。
撮像装置は吐出部の画像を水平方向から撮像するように設置されていると、ピエゾチップへの液の充填をより正確に行なうことができる。
従来マニュアルでピエゾチップ先端の画像を見ながら微妙な圧力制御をしなければいけなかったが、本発明では、ピエゾチップに液を充填する前の吐出部の画像を撮像装置により取り込んで記憶させておき、液の充填開始後、撮像装置により吐出部の画像を取り込んで液充填前の画像との差異を求めながら圧力制御機構を制御して、液が吐出部から現れた後、液充填前の画像との差異がなくなるまで液を後退させるようにしたので、ピエゾチップ先端の液量調整を容易に行なうことができるようになる。
また、この工程を自動化すれば、ピエゾチップへの液の充填を開始するだけで、ピエゾチップによる分注ができるようになるまで自動的に圧力調整が実行される。さらに、待機中もモニターを続行するようにすれば、常にピエゾチップ先端の状態を一定に保つことが可能になる。
本発明の第７の局面は、微量のサンプル液や試薬液の分注の定量性を高めることによって上記目的を達成しようとするものである。
その第７の局面の定量分注方法は、分注ユニットの吐出部から出る液滴の画像を取得し、その画像から液滴の大きさを求めて液滴の分注量を制御する。
すなわち、その定量分注方法は、次のステップ（Ａ）から（Ｃ）を備えている。
（Ａ）前記吐出部から吐出された液滴の画像を取得するステップ。
（Ｂ）その取り込んだ画像に基づいて液滴の大きさを求めるステップ。
（Ｃ）その求めた液滴の大きさに基づいて液滴の分注量が所定値になるように分注ユニットの吐出駆動部への制御信号のパラメータを調節するステップ。
これにより、サンプル液や試薬液などのｐＬ〜μＬの微量分注において定量性が向上する。
ステップ（Ｂ）で求める液滴の大きさは、例えば液滴の直径や半径である。
その液滴の大きさを求めるステップは画像処理を用いた自動計算により行なうことができる。そのような画像処理プログラムは容易に入手することができる。画像処理を用いた自動計算を利用すれば、すばやく正確に液滴の大きさを求めることができる。
また、液滴の大きさを求めるステップは画像上で手動計算により行なうこともできる。手動計算によれば、画像処理プログラムに要する費用を削減することができる。
分注ユニットは、先端の吐出部につながる空間に充填された液を、ピエゾ素子を備えた駆動部により押圧することによりその吐出部から液滴を吐出するピエゾヘッドを備えたピエゾ分注方式のものとすることができる。その場合、制御信号のパラメータは、ピエゾ素子への印加電圧の大きさ、印加電圧の立上がり時間、印加時間、印加電圧の立下がり時間のうちの少なくとも１つを含んだものとすることができる。
また、分注ユニットは、シリンジポンプによる分注方式のものとすることもできる。その場合、制御信号のパラメータは、シリンジポンプのプランジャのストローク、速さ、加速のうちの少なくとも１つを含んだものとすることができる。
シリンジポンプによる分注方式では、液滴の大きさを求める画像は、吐出部の先端に玉状にぶら下がった状態の液滴の画像とすることができる。
制御信号のパラメータを調節するステップは、吐出駆動部を制御する制御部による自動制御により行なうことができる。その場合には作業者の工数が少なくてすむ。
また、制御信号のパラメータを調節するステップは、吐出駆動部を制御する制御部に入力することにより行なうこともできる。その場合にはシステムが簡単になる。
【図面の簡単な説明】  第１図は分注装置の一実施例を概略的に表わす斜視図である。
第２図は同実施例においてサンプルプレートなどが配置されたテーブルの上面を示す平面図である。
第３図は同実施例における分注機構を示す断面図である。
第４図は同実施例を機能として示すブロック図である。
第５図は第５の局面の分注装置の一実施例を示す正面図である。
第６図は同実施例におけるノズル先端部付近を示す概略正面図である。
第７図は第６の局面の一実施例を概略的に示すブロック図である。
第８図は同装置におけるピエゾチップの一例を概略的に示す断面図である。
第９図は同実施例の動作を示すフローチャート図である。
第１０図は第７の局面の一実施例の方法が適用される装置を概略的に示すブロック図である。
第１１図は同装置におけるピエゾチップの一例を概略的に示す断面図である。
第１２図は同実施例における制御パラメータを示す波形図である。
第１３図は同実施例の動作を示すフローチャート図である。
第１４図は同局面の他の実施例の方法が適用される装置を概略的に示すブロック図である。
第１５図は同実施例における分注様式を示すプローブ先端部の正面図である。
第１６図は第５の局面の分注装置に対応した従来の分注装置を示す正面図である。
第１７図は従来のピエゾ方式の分注装置を概略的に示すブロック図である。
第１８図は従来のシリンジ方式の分注装置を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】  第１図は本発明の液体分注装置の一実施例を概略的に表したものである。
４は分注機構であるプリントヘッドであり、試薬などを分注するピエゾ素子を備えた４個の分注素子１０−１〜１０−４が一列に並べられて装着されている。分注素子１０−１〜１０−４の位置は固定されている。分注素子１０−１〜１０−４からの分注量を制御するために、分注素子１０−１〜１０−４にかかる圧力を調整するための圧力制御部７が装置本体の前面に取り付けられており、分注素子１０−１〜１０−４内の圧力を調整する摘み８が各分注素子１０−１〜１０−４に対応して４個配列されている。
分注しようとするサンプルプレートをテーブルとともに画像として取り込むために画像読取り装置としてスキャナー６が配置されている。スキャナー６の位置も固定されている。
テーブル２は水平面内で移動できる可動テーブルであり、そのテーブル２上には、後で第２図を参照して示すように、サンプルプレート５０が所定の位置に載置されている。テーブル２は平面内で移動し、分注時にはサンプルプレート５０の指定された位置を分注素子１０−１〜１０−４の下方に位置決めし、画像を取込み時にはテーブル２上の撮像すべき部分をスキャナー６の下方に位置決めする。
分注素子１０−１〜１０−４から分注をするときに、先端部の画像を取り込み、分注の様子をモニタするために撮像装置としてＣＣＤカメラ５が配置されている。ＣＣＤカメラ５は、設置スペースを抑えるために、斜め上方から分注素子１０−１〜１０−４の先端部の画像を取り込むように取りつけられている。分注素子１０−１〜１０−４は互いに異なる液を分注するものであり、サンプルプレート５０などの所定の分注位置が下方に位置決めされた分注素子１０−１〜１０−４が分注動作を行なう。分注動作を行なう分注素子１０−１〜１０−４が変わったときに、その動作を行なう分注素子１０−１〜１０−４の画像を取り込むように、カメラ５は分注素子１０−１〜１０−４の配列に平行に移動できるように取り付けられている。
テーブル２、プリントヘッド４、カメラ５及びスキャナー６は本体９ａと蓋９ｂとからなるケース内に収納され、ケースの蓋９ｂはサンプルプレート５０の交換の際など、随時に開けることができるようになっている。
第２図はテーブル２上に配置されたサンプルプレートなどを表したものである。
２枚のサンプルプレート５０がそれぞれ所定の位置に固定して載置できるようになっている。５２はメンブレンで、サンプルプレート５０上に貼り付けられ、この分注装置で試薬やサンプルが分注されるものである。メンブレン５２に固相化された試料は、例えば、ＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）ポリアクリルアミドゲル電気泳動やその他のクロマトグラフィーによって一次元方向に分離されて展開したタンパク質、ペプチド、糖、脂質、核酸等の分子又はそれらの混合物である。
メンブレン５２への試料の固相化は、ゲルその他の泳動媒体に試料を展開させた後、メンブレン５２に転写することにより行なうことができる。
このような固相化に使用されるメンブレンの材質としては、ＰＶＤＦ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ニトロセルロース、ナイロン（登録商標）又はその派生物等を挙げることができる。
メンブレン５２上に展開して固相化されたスポット内の物質を検出するために、メンブレン５２に固相化された試料成分に分注素子１０−１〜１０−４から消化液や抽出液を分注することができる。
また、対象分子に結合するプローブとなる物質を分注することもできる。そのようなプローブとしては、対象分子が抗原である場合には抗体を使用する。一般的には、対象分子と特異的に反応する生体物質を使用することができる。また、幾つかの抗体や生体物質を組み合わせて使用することもできる。
試薬の分注は、メンブレン５２上のスポットの存在する領域のみに行なうようにするのが好ましい。それにより、試薬の無駄を省くことができる。
対象物質を光学的に検出できるようにするためには、分注する試薬として対象物質と特異的に反応するプローブを含む一次試薬と、プローブと反応した後の対象物質を発色させる二次試薬を用いることができる。その場合、分注素子１０−１〜１０−４のいずれかからまず一次試薬を分注し、その後一次試薬を分注した領域上に分注素子１０−１〜１０−４の他のものから二次試薬を分注する。そのような二次試薬としては、発色試薬や蛍光試薬を用いることができる。
また、対象分子にプローブを反応させた後、それを適当な手段により検出する方法として、発色試薬や蛍光試薬を分注することのほかに、金属イオンを反応させたり、又はこれらの方法を組み合わせることができる。そのような方法としては、金コロイド標識抗体を用いる方法や、金属イオンに親和性をもつタンパク質等をＮｉ２＋キレート酵素などを用いて蛍光反応に導入する方法がある。
複数の分注素子１０−１〜１０−４が設けられているので、テーブル２によりサンプルプレート５０上の分注位置を移動させることにより、分注素子１０−１〜１０−４を替えて複数の試薬を分注することができる。
各サンプルプレート５０には複数のマークｂが設けられている。それらのマークｂはサンプルプレート５０上に貼り付けられたメンブレン５２上の分注位置を情報として作成するときの基準となるリファレンスポイントである。この例ではほぼ矩形の４つの隅にリファレンスポイントｂが設けられており、メンブレン５２の画像とともにそれらのリファレンスポイントｂもスキャナー６によって取り込まれる。サンプルプレート５０の１つの角は、サンプルプレート５０の方位を示すために切り落とされている。
テーブル２上に設けられた領域５４は、分注素子１０−１〜１０−４による分注テストを行なうためのテストプリント部として設けられた領域である。そこにもろ紙が取りつけられており、テストプリント時の分注状態をＣＣＤカメラ５で確認できるようになっている。
テーブル２上に設けられた領域５６は、分注素子１０−１〜１０−４のメンテナンス部であり、スポンジ５７が設けられている。分注素子１０−１〜１０−４の先端に液や汚れが付着した場合に、このメンテナンス部が分注素子１０−１〜１０−４の下に移動させられ、そのスポンジ５７によって分注素子１０−１〜１０−４の先端についた液や汚れが拭き取られるようになっている。
また、テーブル２の表面にはテーブル２上に配置されるサンプルプレート５０の位置の基準となるベースポイントとしてマークａが設けられている。マークａは、分注位置を情報として取り出す場合の基準となるものであり、またスキャナー６で取得した画像上の位置とテーブル２の動きとを合わせる基準となるものである。ヘッド４におけるそれぞれの分注素子１０−１〜１０−４は同じ構造である。
微量分注方式に用いる液体分注装置の一例は、上に述べたピエゾ素子による分注方式のものである。そのような液体分注装置では、先端の吐出部につながる空間に充填された試薬を、ピエゾ素子を備えた駆動部により押圧することによりその吐出部から液滴を吐出する。その場合、制御信号のパラメータは、ピエゾ素子への印加電圧の大きさ、印加電圧の立上がり時間、印加時間、印加電圧の立下がり時間のうちの少なくとも１つを含んだものとすることができる。
これに類似の液体分注装置として、インクジェット方式の液体吐出装置で用いられている液体吐出素子を備えたものも用いることができる。
微量分注方式に用いる液体分注装置の他の例として、シリンジポンプによる分注方式の装置も用いることができる。その場合、制御信号のパラメータは、シリンジポンプのプランジャのストローク、速さ、加速のうちの少なくとも１つを含んだものとすることができる。
分注素子として、ピエゾ素子を内蔵したピエゾチップ１０を備えた分注機構の一例を第３図を用いて詳細に説明する。
下端に吐出口をもち上端に中空針１６をもった液体吐出部としてのピエゾチップ１０が、ネジ２９により、液体分注装置のチップ保持部３１に着脱可能に取りつけられている。ピエゾチップ１０はネジ２９を緩めることにより取り外すことができ、ネジ２９を締付けることにより固定することができる。ピエゾチップ１０を着脱すると、分注位置のずれが生じる。そのために、後述するように、この実施例ではテーブル２上のベースポイントａを基準として分注位置を校正する。
分注液容器２０は使い捨て可能なものであり、下端と上端に開口をもち、下端開口が蓋１５により閉じられて内部に分注液を収容する容器である。下端開口の蓋１５は弾性体セプタムであり、ピエゾチップ１０の中空針１６により貫通でき、かつその貫通した中空針１６を引き抜くとその貫通穴を弾性によって閉じることのできる弾性部材により構成されている。蓋１５を構成する弾性部材は、例えばゴムである。
容器２０をチップ１０上に装着し、中空針１６により下端開口の蓋１５を貫通して装着した状態で、容器２０の上部からエアー導入ヘッド３０を取り付けることができるようになっている。エアー導入ヘッド３０は、容器２０内の圧力を調整し、チップ１０からの液の吐出量を調整するものである。
エアー導入ヘッド３０の先端部にはシール部材３２が設けられている。シール部材３２は例えばＯリングである。エアー導入ヘッド３０を容器２０に対して押し付けることにより、シール部材３２は容器２０の開口部の内側面と接触して容器２０の開口部を気密を保って封止し、エアー導入ヘッド３０に圧力制御機構から送られるエアーにより容器２０内の圧力を制御できるようになる。
エアー導入ヘッド３０を着脱可能に装着するためにアーム機構を備えている。アーム機構はアーム３３とロック３６を備え、エアー導入ヘッド３０はアーム３３の一端部で保持されている。アーム３３はその基端部がピン３４によって液体分注装置本体に回動可能に支持されている。ロック３６はピン３８によってアーム３３に回動可能に支持されており、基端部には鉤４０が設けられている。鉤４０は液体分注装置本体に固定された凸部３５と係合して、容器２０をチップ１０上に装着した状態でロックできるようになっている。
エアー導入ヘッド３０はアーム３３に開けられた穴にスライド可能に挿入され、バネ４１によってエアー導入ヘッド３０を容器２０の方向に押し出すように付勢される。エアー導入ヘッド３０の基端部はアーム３３から突出し、その部分に鍔４５が設けられていることによってエアー導入ヘッド３０がアーム３３から抜け出るのが防止されている。エアー導入ヘッド３０の基端部は配管４４を介して圧力制御機構に接続されている。
ロック３６を、ピン３８を中心に鉤４０が凸部３５と係合する方向に付勢するためにアーム３３とロック３６の間には圧縮状態のコイルバネ４２が挿入されている。
アーム３３と液体分注装置本体の間にはバネ４３がかけられており、バネ４３はアーム３３を開く方向（図では時計周りの方向）に引っ張るように付勢している。
第３図の機構において、容器２０を装着する場合は、容器２０をチップ１０上に置き、下方向に押して中空針１６でセプタム１５を貫通し、容器２０内の溶液に中空針１６を浸す。エアー導入ヘッド３０はアーム３３に保持されているため、アーム３３を図で反時計方向に回動させることにより、エアー導入ヘッド３０が容器２０の開口部に装着され、容器２０とエアー導入ヘッド３０がシール部材３２によって気密を保って接続される。またこのとき、鉤４０は凸部３５と係合してアーム３３がロックされ、アーム３３が開くように時計方向に回動するのが防止される。エアー導入ヘッド３０はバネ４１によって容器２０の方向に押し付けるように付勢されているので、アーム３３をロックした状態で容器２０とヘッド３０の気密接続が維持される。
この状態でチップ１０から液の吐出を行なうことができるようになる。
容器２０を取り外す場合は、ロック３６をアーム３３の方向に押す。ロック３６はピン３８を中心に図で時計方向に回動し、鉤４０と凸部３５の係合が解除され、アーム３３はバネ４３の力によって図で時計方向に回動し、エアー導入ヘッド３０が容器２０から離れる。
この状態ではエアー導入ヘッド３０はアーム機構とともにピン３４を中心に回動するため、エアー導入ヘッド３０と容器２０の間が大きく開き、エアー導入ヘッド３０のシール材３２や、容器２０の周辺の掃除などのメンテナンスがしやすくなる。
また、このようにアーム機構を用いてエアー導入ヘッド３０を容器２０に対して着脱できるようにすれば、容器２０の着脱、及び容器２０へのエアー導入ヘッド３０の着脱を容易に行なうことができるようになる。
第１図に戻ってＣＣＤカメラ５について説明する。
サンプル、試薬にかかわらず、液相を用いることの多い分析装置の分野では、分析の際に使用する溶液の量を減らす試みが行なわれている。これは、貴重なサンプルの無駄を省くためや高価な試薬の使用量を減らすためのみならず、溶液間の生化学的な反応においては、溶液の量が少ないほど反応にかかる時間が短くてすむため、実験の処理効率をあげるために有効な方法だからである。
微量溶液で反応を実行するためには、サンプル又は試薬を微量に分注する分注装置が必要である。微量の液を分注するための方法として、実施例のピエゾ素子などの圧電素子を用いた方法のほか、バルブの開閉による方法、溶液を局所的に加熱してできる気泡を用いる方法など、様々なものが実用化されている。
微量な液体を目的の位置に分注する際には、圧電素子であれば素子への電圧の与え方、バルブを用いるのであれば開閉時間など、種々のパラメータの微妙な制御が要求される。これらのパラメータを最適化するため、また、数多くの位置に分注する際には分注時間も長くなるため、分注する液滴の形状をモニタして分注機のおかれている環境の変化や圧電素子の経時変化に対応するために、分注素子先端部に形成される液滴の画像を撮像装置で取り込んでモニタすることが好ましい。ＣＣＤカメラ５はそのような撮像装置の一例である。
分注状態をモニタするためのＣＣＤカメラ５を水平方向から角度をもたせて斜め上方に配置するようにしたことにより、可動テーブル２と干渉することなく可動テーブル２の移動範囲内に設置することができ、分注装置が小型になる。
分注素子先端部を挟んでＣＣＤカメラ５とは反対側の位置に光源を配置してもよく、その場合、その光源はその発する光が対象物であるサンプルプレート５０の表面で反射し分注素子先端部を経由してＣＣＤカメラ５に入射する方向に向けられる。このような光源を設けることにより、分注素子先端部に形成されるサンプル又は試薬の滴をモニタする場合には、その滴の画像を透過光で撮像することができるようになり、より鮮明な画像を得て正確なモニタを行なうことができるようになる。さらに、この光源を分注のタイミングと同期させて点灯することにより、液滴を静止画像のように取り込むことができる。
ＣＣＤカメラ５は分注素子先端部の画像とともに分注素子の下方にあるサンプルプレート表面の画像も撮像するように設定しておくこともできる。その場合には、分注素子先端部のモニタとともに、サンプルプレート表面の状態もモニタできるようになり、より多くの情報を得ることができる。例えば、目的とする位置に的確にサンプルや試薬が分注できているかどうかを確認できるようになったり、また例えば、サンプルや試薬が分注される対象物が膜の場合、分注前後の膜の状態を観察したり、反応中の膜状態の経時変化の観察をしたりすることも可能になる。
この分注装置の用途として、例えばＰＶＤＦ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）膜のような固相に試薬を分注するものがあげられる。ＰＶＤＦ膜には、クロマトグラフィーにより展開したスポットが転写させられており、そのスポットを発色させるために、試薬が分注される。そのような固相として使用できるものとしては、ＰＶＤＦ膜の他に、ニトロセルロースやナイロン（登録商標）なども用いることができる。
第４図は第１図の装置の機能をブロック図として示したものである。
６０はスキャナーなどの画像読取り装置６が読み取った画像を表示するモニター部である。分注位置指定部６２はモニター部６０に表示されたメンブレンなどの対象物５０の画像に基づいて対象物５０上の分注位置を指定するためのものである。分注制御部６４は分注位置指定部６２が指定した対象物上の分注位置が分注素子１０の分注素子の下方にくるように対象物と分注素子との相対的位置決めを行ない、分注素子１０による分注動作を制御するものである。分注素子１０がピエゾ素子を備えたものである場合には、分注制御部６４は圧力制御部７により分注素子１０内の圧力を調整し、分注制御ユニット６６によりピエゾ素子への電圧印加を制御してピエゾ素子から液を吐出する。
分注位置情報作成部６８は、分注位置指定部６２が指定し分注動作がなされた対象物５０上の分注位置に関する分注位置情報を作成するものである。分注位置情報作成部６８は作成した分注位置情報を外部に出力することができる。
対象物５０には第２図に示されるように対象物内の位置の基準となるリファレンスポイントｂを複数個設けておき、画像読取り装置６が対象物５０の画像とともにリファレンスポイントｂの画像も読み取るようにする。これにより、分析位置情報作成部６８は分析位置指定部６２が指定した対象物５０上の位置を複数のリファレンスポイントｂを基にして作成するものとすることができ、対象物をいったん取り外し、再びテーブル２に取りつけた場合にもスキャナー６で画像を取得すれば、リファレンスポイントｂを基に正確に位置決めすることができるようになる。また、対象物５０を分析装置などに移動させた場合にも、そのリファレンスポイントｂを基にしてその分注位置情報から対象物５０内での分注位置に正確に位置決めすることができるようになる。
対象物を支持するテーブル２はテーブル駆動機構６５により駆動されて平面内で移動し、分注制御部６４により指示された所定の位置に位置決めされる。テーブル２上には、基準となるベースポイントａを複数個設けておき、画像読取り装置６が対象物５０の画像とともにベースポイントａの画像も読み取るようにし、分析位置情報作成部６８は対象物５０上の位置を複数のベースポイントａを基にして作成することもできるものとすることができる。これにより、対象物５０内での分注位置情報をベースポイントａを基にして正確に定めることができるようになる。
サンプル又は試薬を滴下する分注素子１０は着脱可能になっており、分注素子１０の分注位置を校正するための校正部７２を備えている。校正部７２は、分注素子１０によりテーブル２上の所定の位置に分注を行なったときの画像読取り装置６による読取り画像に基づいて分注位置を検出し、同時に読み取ったテーブル上の基準となるベースポイントを基にして分注位置の校正を行なう。校正のための分注は、例えば図２に示すテーブル２上の試薬などを分注すると発色するようなメンブレン５３による３つの点で示すような、予め定められた複数の位置で行なう。この校正は、分注素子を装着するたびに行なう。
上記の実施例は分注装置に本発明を適用した場合を例にして説明しているが、求めようとする位置情報は分注位置の情報に限らず、メンブレンや泳動媒体などの画像を画像読取り装置で読み取り、その画像中のスポットなど検出された位置の情報を作成する場合にも本発明を同様に適用することができる。
第５の局面の分注装置の一実施例について説明する。
第５図は同局面の分注装置の一実施例を示したものである。試薬（又はサンプル）を分注する分注機構１０２は、その下端にノズルを有し、微量の液を滴下できるようになっている。分注機構１０２の下部には可動テーブルとしてのＸ−Ｙテーブル１０４が配置されており、Ｘ−Ｙテーブル１０４上には試薬の分注される対象物が載置される。Ｘ−Ｙテーブル１０４は、対象物を支持する面を図で紙面垂直方向（Ｙ方向）に駆動するＹ駆動機構１０４Ｙと、Ｙ駆動機構１０４Ｙに取りつけられ、対象物を支持する面を図で横方向（Ｘ方向）に駆動するＸ駆動機構１０４Ｘとを備えている。Ｘ−Ｙテーブル１０４の対象物支持面はそのＹ駆動機構１０４ＹとＸ駆動機構１０４Ｘにより水平面内でＹ方向とＸ方向に移動し、支持面上に載置された対象物を分注機構１０２のノズルの下方に位置決めする。
撮像装置１０６は例えばＣＣＤカメラであり、撮像装置１０６の受光軸１１０が水平方向から角度θをもつように、撮像装置１０６は分注機構１０２のノズル先端部の斜め上方に取り付けられている。撮像装置１０６は分注機構１０２のノズル先端部に形成される液滴の画像を取り込むように設定されている。
撮像装置１０６が取り付けられている位置の平面上の位置は、Ｘ−Ｙテーブル１０４の移動範囲内にあるが、Ｘ−Ｙテーブル１０４がその移動範囲内で移動しても撮像装置１０６と接触しないように、撮像装置１０６の取付け位置はＸ−Ｙテーブル１０４の上方に設定されている。
撮像装置１０６の受光軸１１０と水平面のなす角θには適当な範囲が存在する。θは少なくとも撮像装置１０６がＸ−Ｙテーブル１０４と干渉しないだけの大きさをもち、分注機構１０２のノズル先端に形成されるサンプル又は試薬の液滴の画像を取り込むのに支障のない範囲に設定される。そのような角度θとしては、１５〜４５度程度が適当である。
ノズル先端を挟んで撮像装置１０６と反対側の位置で、Ｘ−Ｙテーブル１０４の上方には、光源１０８が取り付けられており、撮像装置１０６が透過光で撮像できるようになっている。
第６図に示されるように、光源８から発した光１１２がＸ−Ｙテーブル１０４上の対象物１１４の表面で反射し、分注機構１０２のノズル１２０の先端部に形成された液滴１２２を経由し、撮像装置１０６の受光軸１１０に沿って撮像装置１０６に入射するように、光源１０８、撮像装置１０６、ノズル１２０及び対象物１１４の相対的な位置関係が設定されている。
撮像装置１０６の被写界深度は、ノズル先端部の液滴１２２及びその下にある対象物１１４の表面にも焦点が合うように設定されていることが好ましい。これにより、ノズル先端部の液滴１２２の状態と、対象物１１４の表面の状態を同時に画像として取り込みモニタすることができる。
この分注装置の用途として、例えばＰＶＤＦ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）膜のような固相に試薬を分注するものがあげられる。ＰＶＤＦ膜には、薄層クロマトグラフィーにより展開したスポットが転写させられており、そのスポットを発色させるために、試薬が分注される。そのような固相として使用できるものとしては、ＰＶＤＦ膜の他に、ニトロセルロースやナイロン（登録商標）なども用いることができる。
Ｘ−Ｙテーブル４を移動させて多数の分注位置でノズル先端から試薬やサンプルの分注を繰り返す。その際、ノズル先端から滴下する液滴の形状をモニタするときに、ノズル１２０からの液滴１２２の滴下開始から撮像装置１０６が画像を取り込むタイミングを一定にすることにより、それらの液滴を同じタイミングの画像として処理することができるようになる。
そのような画像の取込みを実現する１つの方法として、光源１０８としてストロボを使用し、撮像装置１０６は連続して撮像するようにし、ノズル１２０からの滴下開始からストロボを点灯させるまでの時間を一定にする方法を挙げることができる。これにより、多数の液滴を同じタイミングで撮像して液滴の形状をモニタするのが容易になる。このような液滴形状のモニタは、多数繰り返される液滴の形状が一定になるように、サンプルや試薬を分注する分注機構のピエゾ素子への印加電圧やバルブの開閉などを制御するのに利用することができる。
光源１０８はストロボに限らず、連続して発光するものであってもよく、その場合は撮像装置１０６の方で液滴１２２滴下開始から一定の時間に画像を取り込むような制御をすればよい。
第７図は第６の局面の一実施例の分注装置を概略的に表したものである。２０１はピエゾチップによる分注機構で、後で示す第８図に示されるようなピエゾチップが設けられている。２０３はそのピエゾチップから吐出された液滴であり、分注機構２０１の下部に保持された容器やプレートなどのターゲット２０５に分注される。分注機構２０１の先端にある吐出部の画像を取り込んでモニタするために撮像装置としてＣＣＤカメラ２０４が配置されている。ＣＣＤカメラ２０４は吐出部の状態とともに、吐出される液滴２０３も同時に撮像することができる。撮像装置としてはＣＣＤカメラに限らず、他のカメラを用いてもよい。
ＣＣＤカメラ２０４は分注機構１の先端部を水平方向から撮像する。水平から傾斜をもって斜め上方向から撮像してもよいが、吐出部の先端の状態をより正確にモニタするためには、水平方向から撮像するのが好ましい。
分注機構２０１の先端部の画像をより正確に取り込むために、この実施例では透過光で撮像できるように、ＣＣＤカメラ２０４の光軸上には、分注機構１の先端部を挟んでＣＣＤカメラ２０４と反対側に光源２が配置されている。光源２０２としては時間的に連続した光を発光するものでもよいが、この実施例としてはストロボを使用する。ストロボの場合、液滴２０３が分注機構２０１から吐出されるタイミングと同期して発光するように設定することができ、その場合にはカメラ２０４を連続して作動させている場合でも、ストロボ２０２が発光した場合にのみ鮮明な画像が取り込まれる。その鮮明な画像は、順次吐出される液滴２０３の画像が同じタイミングで取り込まれたものであるため、あたかも静止画像のような情報が得られる。そのため液滴２０３の状態をモニタするのに好都合である。
２０６は分注制御ユニットで、分注機構２０１のピエゾ素子に電圧を印加することにより吐出を行なう。また、ストロボ２０２の発光するタイミングは、分注制御ユニット２０６により分注機構２０１のピエゾ素子への電圧印加のタイミングに同期させて分注機構２０１からの液滴吐出の一定時間後に発光するように制御される。
２０８は圧力制御機構であり、分注機構２０１の液を充填する空間であるリザーバに充填されたサンプルや試薬などの吐出液が常に一定の圧力を保つように保持するものである。圧力制御機構２０８は、この発明において吐出動作開始前の吐出部先端の液面を調製するためにも使用される。
２０７は制御コンピュータであり、分注制御ユニット２０６を制御して分注動作を制御するとともに、ＣＣＤカメラ２０４が撮像した画像を記憶する記憶装置を備え、分注機構２０１におけるピエゾチップのリザーバに液を充填する前の吐出部の画像で記憶装置に記憶された画像とリザーバに液を充填した後の画像とを比較し、液が吐出部から現れた後、液充填前の画像との差異がなくなるまで後退するように圧力制御機構２０８を制御する制御装置の機能も実現している。
第８図は分注機構２０１におけるピエゾチップの一例を概略的に示したものである。
ピエゾチップは、リザーバ２３２から先端の吐出部２３０の孔につながる流路を備えており、リザーバ２３２又は流路にある液を、ピエゾ素子を備えた駆動部２３４により押圧することにより吐出部２３０から液を吐出する。ピエゾ素子の駆動は、分注制御ユニット６により制御される。リザーバ２３２のサンプルや試薬が減少してきた場合でも一定の圧力状態を保つように、リザーバ２３２には圧力制御機構２０８が接続されている。
分注制御ユニット２０６がピエゾ素子の駆動を制御するパラメータは、ピエゾ素子への印加電圧の大きさ、印加電圧立上がり時間、印加時間、印加電圧立下がり時間の全て、又はそのうちの少なくとも１つである。
第９図により、この実施例で分注動作開始前の吐出部先端部の液面状態を調製する動作を説明する。この実施例は制御コンピュータ７により自動的に調整を行う場合を説明しているが、この動作を吐出部先端部の画像を見ながらマニュアルで行なうこともできる。
分注を開始する前に、まず溶液充填を実行する。ピエゾチップ先端はＣＣＤカメラ２０４の画像を取り込むことで確認できる。
制御コンピュータ７によりピエゾチップへの溶液充填を指示すると、制御コンピュータ２０７はまずＣＣＤカメラ２０４で充填前のピエゾチップ先端の画像を取得し保持する。この画像を画像（ａ）とする。
次に、制御コンピュータ２０７は、圧力制御機構２０８を制御し溶液を加圧してピエゾチップ先端方向に押し出す。このとき制御コンピュータ７はＣＣＤカメラ２０４を用いてピエゾチップ先端の画像を定期的に取り込み、先に取った充填前の画像（ａ）との差分を取る。その差に変化があれば溶液がピエゾチップ先端から余分に出ていることになるので、その状態を検知すると、圧力制御にフイードバックをかけていく。この間も制御コンピュータ２０７はＣＣＤカメラ２０４を用いてピエゾチップ先端の画像を定期的に取り込んでおり、先に取った充填前の画像（ａ）との差分を取る動作を続けている。圧力制御に定期的にフイードバックをかけていって、余分液量がなくなったことを画像の差分から検知したところでフイードバックを止め、その状態を保持する。
第１０図は第７の居面の一実施例の方法が適用される装置を概略的に表したものであり、ピエゾ方式の分注装置を用い、液滴の大きさを自動的に求め、一定にする制御も自動的に行なう場合を示したものである。
ピエゾチップ３０２から吐出される液滴３０６の画像を取り込むために、撮像装置として、ピエゾチップ３０２から吐出される液滴６に向けたＣＣＤカメラ３２０が設けられている。３２２はＣＣＤカメラ３２０が取り込んだ画像を記憶する画像記憶部である。ＣＣＤカメラ３２０による画像の取込みは、液滴６が吐出されるタイミングと同期させるか又は非同期で取り込む。
３２４は画像処理部であり、画像処理部３２４は画像記憶部３２２に記憶されている画像を二値化や輪郭抽出などの画像処理を実施してその液滴の直径や半径などの大きさを求めて、分注量を計算する。画像処理部３２４が画像処理する液滴の画像は、ＣＣＤカメラ３２０で液滴の吐出と同期させて取り込んだ画像の場合は、それぞれの液滴について吐出から同じ時間での画像である。非同期で取り込んだ場合は、一つの画像についてＣＣＤカメラ３２０により時系列に複数の画像が取り込まれるが、その内で各液滴について同じ場所を通過する液滴の画像を採用して画像処理部３２４で画像処理する。
３２６は画像処理された液滴の画像を表示する画像処理部である。また、画像処理部３２４で画像処理されて求められた分注量はピエゾ分注制御部３０４ａに送られる。ピエゾ分注制御部３０４ａでは次から吐出される分注量（液滴６の大きさ）が予め設定された設定値に等しくなるようにピエゾチップ３０２の駆動を制御していく。
ピエゾチップ３０２としては、例えば第１１図に示されるように、先端の吐出部３３０の孔につながる液溜め３３２を、ピエゾ素子を備えた駆動部３３４により押圧することにより吐出部３３０から液を吐出する。液貯め３３２のサンプルや試薬が減少してきた場合でも一定の圧力状態を保つように、液溜め３３２には加圧部（図示略）が接続されている。
ピエゾ分注制御部３０４ａがピエゾチップ２の駆動を制御するパラメータは、第１２図に示されるように、ピエゾ素子への印加電圧の大きさＶ０、印加電圧立上がり時間ｔ１、印加時間ｔ２、印加電圧立下がり時間ｔ３の全て、又はそのうちの少なくとも１つである。
第１３図にこの実施例の動作をまとめて示す。
予め設定されたピエゾチップ制御パラメータでピエゾチップ３０２の駆動を制御し、液滴６を吐出する。その液滴３０６の画像をＣＣＤカメラ３２０が液滴の吐出と同期して又は非同期で取り込み、画像記憶部３２２に記憶する。画像処理部３２４は画像記憶部３２２に記憶されている画像を二値化や輪郭抽出などの画像処理を実施してその液滴の直径や半径などの大きさを求めて、分注量を計算する。ピエゾ分注制御部３０４ａはその分注量が所定の値である場合は、ピエゾチップ制御パラメータを変更しないで、ピエゾチップ３０２の駆動を繰り返していく。しかし、その分注量が所定の値でない場合は、ピエゾチップ制御パラメータを変更し、ピエゾ分注制御部３０４ａは次から吐出される分注量が所定の値に等しくなるようにピエゾチップ３０２の駆動を制御する。
第１４図は他の実施例の方法が適用される装置を概略的に表したものであり、シリンジポンプによる分注装置を用い、液滴の大きさを自動的に求め、一定にする制御も自動的に行なう場合を示したものである。
シリンジポンプ３１０につながるプローブ３１２からの液滴６の吐出を、シリンジポンプ３１０を作動させるモータ１４をシリンジ分注制御部３１８ａにより制御して駆動することにより行なう。プローブ３１２の先端にはディスポーザブルチップ３１６が設けられる。
液滴３０６の画像を取り込むＣＣＤカメラ３２０、画像記憶部３２２、画像処理部３２４、及び画像表示部３２６は第１０図に示されたものと同じである。
シリンジ分注制御部３１８ａは、画像処理部３２４から液滴３０６の直径や半径などの液滴の大きさに関するデータを取り込み、次から吐出される液滴３０６の大きさが予め設定された設定値に等しくなるようにモータ３１４の駆動を制御していく。
シリンジ分注制御部３１８ａがモータ３１４の駆動を制御するパラメータは、プランジャのストローク、速度、加速度の全て又はそのうちの少なくとも１つである。
第１５図に示されるように、シリンジ方式で数百ｎＬ〜数μＬの分注量の液滴３０６を容器３４０やプレート３４２に分注する場合は、ディスポーザブルチップ３１６の先端（ディスポーザブルチップ３１６を用いない場合はプローブ３１２の先端）に液滴３０６が玉状にぶら下がるので、その状態の液滴６をＣＣＤカメラ３２０により画像として捉え、画像処理部３２２にて、２値化や輪郭抽出などの画像処理を実施し、液滴の直径又は半径を求めて、分注量を計算する。シリンジ分注制御部３１８ａは、モータ１４の駆動を制御する際、求められた液滴３０６の大きさに該当する液量が目的の分注量より多ければプランジャを戻し、足らなければプランジャを押すことにより、分注量をリアルタイムで制御し、プローブ又はディスポーザブルチップの液滴３０６を容器３４０又はプレート３４２に分注する。
本発明をシリンジポンプによる分注方式に適用する場合、チップ３１６としてディスポーザブルのチップでかつチップの中にフィルターや担体を保持しているチップを用いて分注する場合にも全く同様に適用することができる。
【産業上の利用可能性】  本発明の液体分注装置は、例えば、メンブレン上に展開して固相化された物質を質量分析などの試料とするためにメンブレン上に試薬などを分注するための方法及び装置などとして利用することができる。
【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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【図１８】
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【国際調査報告】
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