(57)【要約】複数のチップの複数のノズルへの一斉装着動作を円滑に行うチップ装着式集積処理装置、チップ状容器およびチップ装着式集積処理方法を提供することを課題とし、外向きに突出した１または２以上の外周突部を有するノズルと、２以上のノズルを所定配列パターンで配列したノズルヘッドと、吸引吐出機構と、装着用開口部、および先端に設けた流体の入出が可能な口部を有する略筒状の２以上のチップ状容器と、チップ状容器を所定配列パターンでノズルに装着可能な状態で収容しまたは収容可能としたチップ状容器収容部と、ノズルヘッドとチップ状容器収容部との間を相対的に移動させる移動手段とを有し、ノズルヘッドに設けられた２以上のノズルは、チップ状容器の装着によって各ノズルに設けられた外周突部が装着用開口部の内周壁面と密接または接触し、所定基準水平面から少なくとも１の外周突部までの距離が相互に異なるように構成する。
2008013205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１またはノズルの軸方向に相互に離間した２以上の閉じた外周帯に沿って外向きに突出した１または２以上の外周突部を有するノズルと、２以上の該ノズルを所定配列パターンで配列したノズルヘッドと、該ノズルを介して気体の吸引吐出を行う吸引吐出機構と、前記ノズルに装着しまたは装着可能な装着用開口部、および先端に設けた前記気体の吸引吐出によって流体の入出が可能な口部を有する略筒状の２以上のチップ状容器と、該チップ状容器を前記所定配列パターンで前記ノズルに装着可能な状態で収容しまたは収容可能としたチップ状容器収容部と、前記ノズルヘッドと前記チップ状容器収容部との間を相対的に移動させる移動手段とを有し、
前記ノズルヘッドに設けられた２以上の前記ノズルは、前記チップ状容器の装着によって該各ノズルに設けられた前記外周突部が前記装着用開口部の内周壁面と密接または接触し、所定基準水平面から少なくとも１の前記外周突部までの距離が相互に異なる複数種類のノズル群からなるチップ装着式集積処理装置。
【請求項２】
前記ノズルに設けられた２以上の前記外周突部は、先端側の外周突部の外周長が、後端側の外周突部の外周長よりも短く形成され、前記チップ状容器の前記装着用開口部には、前記外周突部に対応して前記外周突部と密接または接触する内周壁面が形成された請求の範囲第１項に記載のチップ装着式集積処理装置。
【請求項３】
前記内周壁面は、前記外周突部に対応して相互に離間して設けられた複数の内周筒状壁面からなり、各内周筒状壁面は前記外周突部と密接または接触するとともに、前記内周筒状壁面の後端側には、先細りのテーパ面が前記内周筒状壁面と接続して設けられた請求の範囲第１項または請求の範囲第２項に記載のチップ装着式集積処理装置。
【請求項４】
前記移動手段は、該ノズルヘッドの各ノズルが、前記チップ状容器の前記装着用開口部内に挿入可能な位置に達した後、少なくとも前記ノズル群に属するノズルの構造および各ノズル群に属するノズル数に基づいて各ノズルが前記装着用開口部内に挿入されるように、前記ノズルヘッドと該チップ状容器収容部との間を相対的に移動する請求の範囲第１項乃至請求の範囲第３項のいずれかに記載のチップ装着式集積処理装置。
【請求項５】
各ノズルに装着したチップ状容器を、一斉に脱着させる脱着部を有し、該脱着部は、前記ノズルの水平断面の最大外径または最大幅よりも大きいが、チップ状容器の水平断面の最大外径または最大幅よりも小さい径または幅をもつ孔または隙間を前記所定配列パターンに応じて形成した脱着板を有し、該脱着板は、その板面が前記所定基準水平面に平行に設けられ、前記孔または前記隙間内を前記各ノズルの軸線が通るように、該ノズルの軸線方向に沿って該ノズルに対して相対的に移動可能に設けた請求の範囲第１項乃至請求の範囲第４項のいずれかに記載のチップ装着式集積処理容器
【請求項６】
内部に液体を収容可能な略筒状の筒状容器であって、１または軸方向に相互に離間した２以上の閉じた外周帯に沿って外向きに突出した１または２以上の外周突部を有するノズルに装着可能な装着用開口部と、前記容器の先端に設けられ前記ノズルを介しての気体の吸引吐出によって流体の入出が可能な口部とを有するとともに、
前記装着用開口部は、前記ノズルへの装着によって前記ノズルの前記外周突部と密接または接触する内周壁面と、該内周壁面の後端側に設けられ該内周壁面と接続した先細りのテーパ面とを有するチップ状容器。
【請求項７】
前記内周壁面は、前記ノズルの軸方向に相互に離間した２以上の閉じた外周帯に沿って外向きに突出した１または２以上の外周突部に対応して設けられ、前記ノズルへの装着によって該外周突部と各々密接または接触し、該容器の軸方向に相互に離間して設けられた複数の内周筒状壁面を有し、先端側の内周筒状壁面の内周長は、後端側の内周筒状壁面の内周長よりも短く形成され、該内周筒状壁面の後端側には、先細りのテーパ面が形成された請求の範囲第６項に記載のチップ状容器。
【請求項８】
前記ノズルに設けられた軸方向に相互に離間した２箇所の前記外周突部は、先端側の外周突部の外周長が、後端側の外周突部の外周長よりも短く形成され、前記チップ状容器の前記装着用開口部は、前記外周突部と各々密接または接触可能であって、前記容器の軸方向に離間して設けられた２箇所の内周筒状壁面を有し、先端側内周筒状壁面の内周長は、後端側内周筒状壁面の内周長よりも短く、先端側内周筒状壁面の後端側、後端側内周筒状壁面と先端側内周筒状壁面との間には、先細りのテーパ面が形成されるとともに、前記ノズルへの装着によって前記先端側内周筒状壁面は、前記ノズルの先端側の外周突部と密接し、前記後端側内周筒状壁面は、前記後端側の外周突部と接触する請求の範囲第６項に記載のチップ状容器。
【請求項９】
１または軸方向に相互に離間した２以上の閉じた外周帯に沿って外向きに突出した１または２以上の外周突部を有するノズルと、２以上の該ノズルを所定配列パターンで配列したノズルヘッドと、該ノズルを介して気体の吸引吐出を行う吸引吐出機構と、前記ノズルに装着可能な装着用開口部、および先端に設けた前記気体の吸引吐出によって流体の入出が可能な口部を有する略筒状の２以上のチップ状容器と、該チップ状容器を前記所定配列パターンで配列し、前記ノズルに装着可能な状態で収容したチップ状容器収容部と、前記ノズルヘッドを前記チップ状容器収容部に対して相対的に移動させる移動手段とを有し、前記ノズルヘッドに設けられた２以上の前記ノズルは、前記チップ状容器の装着によって該各ノズルの前記外周突部が前記装着用開口部の内周壁面と密接または接触し、該外周突部は所定基準水平面から前記外周突部までの距離が相互に異なる複数種類のノズル群からなるとともに、
前記ノズルヘッドの各ノズルが前記チップ状容器収容部に収容された前記チップ状容器の前記装着用開口部に挿入可能な位置にまで前記ノズルヘッドを移動し、前記ノズルヘッドを下降させて、前記チップ状容器を前記ノズルヘッドの各ノズルに装着させる工程を有するチップ装着式集積処理方法。
【請求項１０】
各ノズルに装着したチップ状容器を、一斉に脱着させる脱着部を有し、該脱着部は、前記ノズルの水平断面の最大外径または最大幅よりも大きいが、チップ状容器の最大外径または最大幅よりも小さい径または幅を持つ孔または隙間を前記所定配列パターンに応じて設けた脱着板を有し、該脱着板は、その板面が前記所定基準水平面に平行に設けられ、前記孔または前記隙間内を前記各ノズルの軸線が通るように、該ノズルの軸線方向に沿って該ノズルに対して相対的に移動させて、前記ノズルに装着された前記チップ状容器を脱着する工程を有する請求の範囲第９項に記載のチップ装着式集積処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップ装着式集積処理装置、チップ状容器、およびチップ装着式集積処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、本出願の発明者の一人により発明され特許となった分注装置があった。該分注装置は、分注チップを装着用開口部においてノズルの下端に嵌合により装着し、該ノズルと連通するシリンダ内のプランジャを摺動させることによって、前記分注チップ内にその下端を通って液体を吸引または吐出させることによって行っていた（特許文献１乃至特許文献４）。【０００３】
これらの分注装置には、吸引吐出機構としてプランジャを駆動させるシリンダを用いているが、プランジャ等の機構は、注射器のような高精度の加工部品であり、特に、シリンダ内の容積変化は、基本的に分注チップ内の容積変化と一体であり、プランジャと、そのプランジャの駆動装置との接合部に緩みがないように伝達する必要がある。さらに、それらの吸引吐出機構のノズルと、分注チップ等を、気体や液体の漏れがないように嵌合させる必要があり、製造や品質管理に水密および気密のための精度や構造が要求される。特に、複数本の分注チップを集積化して用いる場合に、複数本のノズルを一斉に複数本の分注チップに挿入嵌合させて装着するために大きな力、例えば、１本のノズルに分注チップを装着するのに約1キログラムの力が必要なので、96本の場合には、約100キログラムに近い力を必要とし、水密および気密用のＯリングの磨耗が激しく高度の品質管理が必要となるおそれがあるという問題点を有していた。【０００４】
【特許文献１】特許第３１１５５０１号公報
【特許文献２】特許第３７３９９５３号公報
【特許文献３】特許第３６３０４９７号公報
【特許文献４】特許第３６８２３０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の第１の目的は、複数本のチップ状容器の複数本のノズルへの一斉嵌合、一斉装着動作を円滑に行うことができるチップ装着式集積処理装置、チップ状容器およびチップ装着式集積処理方法を提供することである。第２の目的は、高い水密性、気密性をもたせることで信頼性が高く、また装置寿命が長く品質管理の負担が小さいチップ装着式集積処理装置、チップ状容器およびチップ装着式集積処理方法を提供することである。第３の目的は、複数の処理を集積化することを可能にして、効率が高く、迅速な処理を行うことができるチップ装着式集積処理装置、チップ状容器およびチップ装着式集積処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、１またはノズルの軸方向に相互に離間した２以上の閉じた外周帯に沿って外向きに突出した１または２以上の外周突部を有するノズルと、２以上の該ノズルを所定配列パターンで配列したノズルヘッドと、該ノズルを介して気体の吸引吐出を行う吸引吐出機構と、前記ノズルに装着しまたは装着可能な装着用開口部、および先端に設けた前記気体の吸引吐出によって流体の入出が可能な口部を有する略筒状の２以上のチップ状容器と、該チップ状容器を前記所定配列パターンで前記ノズルに装着可能な状態で収容しまたは収容可能としたチップ状容器収容部と、前記ノズルヘッドと前記チップ状容器収容部との間を相対的に移動させる移動手段とを有し、前記ノズルヘッドに設けられた２以上の前記ノズルは、前記チップ状容器の装着によって該各ノズルに設けられた前記外周突部が前記装着用開口部の内周壁面と密接または接触し、所定基準水平面から少なくとも１の前記外周突部までの距離が相互に異なる複数種類のノズル群からなるチップ装着式集積処理装置である。【０００７】
ここで、「所定配列パターン」とは、例えば、マトリクス状、一列状、円環状等である。
「マトリクス状」は、列方向および行方向の２方向に沿って要素、例えば、ノズル等が所定の行間隔および列間隔で各々所定の行数個および列数個配列された構造をいう。なお、前記列方向および行方向は、通常、直交しているが必ずしもこれに限定されず斜交していても良い。「ノズル」とは、流体の吸引吐出がなされる部分であって、流体には、気体および液体を含む。ノズルは、例えば、プランジャを有するシリンダ等の「吸引吐出機構」と連通した流路である。なお、「吸引吐出」とは、吸引または／および吐出を意味する。【０００８】
「外周突部」は、ノズル軸線を囲むようにノズルの外周側面上で閉じた帯状の外周帯に沿いかつ外周側面から外方向、半径方向または法線方向に突出するように形成された環状の部分である。外周帯は前記ノズル軸線に垂直となる平面に挟まれるように形成されるのが好ましい。また、外周突部の外方向に向かう高さはノズル周囲に一定であるように形成するのが好ましい。前記内周壁面と密接しまたは接触する外縁部分の軸方向に沿った帯幅は、例えば、線状または前記チップ状容器の肉厚幅等、外側面上の外周帯の幅部分に比較して小さく形成されるのが挿入上好ましい。外周突部の外縁には、外周に沿ってＯリングを設け、または溝を設けてＯリングを埋設することによって、水密性、気密性を確実にするようにしても良い。【０００９】
該外周突部と内周壁面とが密接または接触することによって、前記チップ状容器内、特に装着用開口部の空間を軸方向に仕切ることで、前記ノズルの軸線方向に沿った流体の通過を阻止可能とするものである。【００１０】
「密接」とは、２つの物体が実質上隙間の無い状態で接することであって、この場合には、外周突部の周全長において、内周壁面と接する状態をいい、「接触」とは、2つの物体が隙間の存在を許容する状態で接することであって、この場合には、外周突部の周全長の一部において、内周壁面と接する状態をいう。したがって、「密接」の場合は、「接触」の場合に比較して、外周突部と内周壁面との間の隙間が小さく、挿入の際の抵抗力が大きく、流体の漏れがないかまたは非常に小さい。【００１１】
「チップ状容器」とは、ノズルへの装着用開口部と、流体の流出入用の口部を先端に持つ容器である。装着用開口部と口部とは、該容器の軸方向に沿って設けられるのが好ましい。該チップ状容器の材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリスチレン、ポリビニール、アクリル等の樹脂、ゴム等の弾性体等である。チップ状容器は透明または半透明であることが好ましい。「略筒状」であるので、略円筒状、または略角筒状である。前記チップ状容器の大きさは、例えば、その口部から装着用開口部に沿ったまたは軸方向の長さが数センチメートルから１０数センチメートルで、その容積は、その長さに応じて、例えば、数マイクロリットルから数１０ミリリットル程度である。吸引吐出量は、その容積に応じて、例えば、数マイクロリットルから数１０ミリリットル程度である。【００１２】
前記チップ状容器は、例えば、前記装着用開口部が設けられた太管部、前記口部を有する細管部および前記太管部と前記細管部との間に形成された移行部とを有する典型的な分注チップに限られず、全体として、軸方向に沿って断面形状が同じチューブ状であっても良い。また、前記移行部の形状として、例えば、円錐台状、漏斗状、または段差状に形成される。また、太管および細管は、必ずしも円筒状に限られず、角柱状、多角形状、また、円錐状、角錐状、多角錐状であっても良い。【００１３】
また、前記細管の先端を先細りまたは鋭利に形成することによって、試薬、検体等を含有した溶液を予め収容してその開口部をフィルムで被覆したプレパック式の試薬等収容容器に対して、前記細管でフィルムを突き刺すことで容器内に収容した溶液を細管を通して吸引することができる。【００１４】
該チップ状容器内に磁場を及ぼしかつ除去することが可能な磁力手段を、各チップ状容器の外側にくるようにノズルヘッドに設けても良い。これによって、例えば、タンパク質、ペプチド、アミノ酸、ＤＮＡ、ＲＮＡ、オリゴヌクレオチド、糖鎖等の生体化合物を保持した磁性体が多数懸濁する懸濁液を該変形式分注チップ内に吸引または吐出する際に、若しくは貯留の際に磁場を内部に及ぼして該チップの内壁に吸着させて磁性体を、従って、前記生体化合物を分離することができる。磁力手段は、例えば、２以上の前記チップ状容器に対して一斉に接離可能に設けた２以上の磁石を有するものである。【００１５】
「装着用開口部の内周壁面」は、前記外周突部に密接または接触するように形成されている。したがって、例えば、筒面、円筒面、段差をもった筒面、円筒面、テーパ面、円錐台状面、円筒状と円錐台状面との組合せ等である。【００１６】
「所定基準水平面」とは、ノズルヘッドに取り付けられたノズルに設けた外周突部の距離を定義するために設定した測定の基準となる水平面であって、例えば、前記ノズルヘッド内、複数のノズルが突出する面、複数のノズルを切断するような水平面、ステージ上等に設定された水平面である。通常、前記ノズルの軸方向に垂直な平面である。たとえ、同一形状のノズルであっても、ノズルヘッドに取り付けられた状態によっては、装着されたチップ状容器と外周突部の関係が異なるからである。なお、ノズルヘッドに配列されたノズルの軸方向に沿った全長、またはノズル配列面からノズルの先端までの距離は同一にするのが好ましい。「外周突部までの距離」は、例えば、前記所定基準水面から該外周突部の重心、上端、下端、または所定の位置等までの距離である。【００１７】
「ノズルの軸方向に相互に離間した２以上の閉じた外周帯に沿って外向きに突出した２以上の外周突部を有するノズル」の場合には、各ノズル間の１の外周突部同士のみならず、他の外周突部についても、所定基準水平面から密接または接触可能な該外周突部までの距離が相互に異なるノズル群からなるようにするのが好ましい。これによって、各ノズルごとの、各外周突部と各内周壁面との間の静止摩擦力等による抵抗力が同時に生じる事態を防止することができる。【００１８】
また、１のノズルに２以上の外周突部を有する場合には、チップ状容器の装着用開口部の内周壁面についても、前記各外周突部に応じて、該容器の軸方向に相互に離間した２以上の内周筒状壁面（軸方向に垂直な断面が一定）を設け、その間をテーパ面や段差をもった面で接続するようにしても良い。【００１９】
さらに、１のノズルに２以上の外周突部を有する場合には、同一のノズルにおいても、該ノズルの各外周突部とそれに対応して、密着または接触するチップ状容器の各内周壁面との間の移動に伴う時間的位置的関係を、異ならせることが好ましい。これによって、同一ノズルについての、各外周突部と内周壁面との間の静止摩擦力等による抵抗力が同時に生じる事態を防止することができる。【００２０】
複数種類のノズル群に属するノズルの配列は、前記ノズルの少なくとも１の外周突部と所定基準水平面との間の距離又は長さの長短が空間的に偏ることなく一様となるように配列するのが好ましい。これによって、装着の際に、ノズルヘッド全体がチップ状容器全体分注チップ全体から受ける抵抗力をできるだけ分散した状態で受けることができる。例えば、ノズル群を隣接する列（または行）ごとに前記距離または長さが相互に長短となるようにし、各列（行）に属する要素については同一のノズル群に属するノズルを配列する。さらには、行列のまたはその他の配列の隣接する要素ごとに前記距離または長さが相互に長短となるようにノズル群を変更して規則的に配列するのが好ましい。なお、各ノズル群は少なくとも１のノズルを有し、好ましくは各ノズル群に属するノズル数は同一または略同一である。これによって、抵抗力を均等に分散させることができる。【００２１】
ここで、１のノズルを装着用開口部内へ挿入する際に、前記各外周突部が前記各内周壁面から受ける第１の抵抗力は、静止摩擦係数と、外周突部と前記内周壁面の間の法線方向の抗力との積に比例した大きさである。その後に続く第２の抵抗力は、動摩擦係数と、外周突部と前記内周壁面の間の法線方向の抗力との積に比例した大きさであって、動摩擦係数は静止摩擦係数よりも一般には小さい。【００２２】
したがって、ノズルヘッドの全ノズルに一斉に前記チップ状容器を装着する場合には次のように作動する。ノズルヘッドに設けられた２以上の前記ノズルは、前記所定基準水平面から前記外周突部までの距離が相互に異なる複数種類のノズル群から形成されている。すると、前記ノズルの配列パターンに対応して配列されたチップ状容器の装着用開口部に対しノズルの挿入方向に一斉に移動させるにつれ、例えば、ノズルヘッドに設定した基準水平面からの距離が最も大きい第１のノズル群に属するノズルの外周突部が、最初に前記チップ状容器の内周壁面と密接または接触する状態に達する。この状態に達するまでは、ノズルが前記チップ状容器から受ける抵抗力は０かまたは非常に小さいが、この状態に達すると、前記外周突部は、該内周壁面との衝突または静止摩擦力による抵抗力を受けて一旦停止または挿入速度が激減する。やがてこの抵抗力に打ち勝って、前記ノズルへの挿入が進むと、前記抵抗力よりも小さい動摩擦力による抵抗力を受けながら挿入動作が継続する。ここで、前記ノズルが受ける最初の抵抗力は、前記ノズル数と、静止摩擦係数と、前記外周突部と前記内周壁面の間に働く法線方向の抗力との積に比例した大きさの抵抗力に関係し、ノズルヘッドの挿入方向への移動を続行の際には、前記静止摩擦係数に代わり動摩擦係数を用いた大きさの抵抗力に関係する。一般には、動摩擦係数は、静止摩擦係数よりも小さいので、動摩擦係数に基づく抵抗力は、静止摩擦係数に基づく抵抗力より小さいことになる。【００２３】
やがて、前記基準水平面からの距離が次に大きい外周突部をもつ第２のノズル群に属するノズルについて、その外周突部が前記チップ状容器の内周壁面と密接又は接触する状態にまで挿入する。すると、前述したように、第２のノズル群に属する前記ノズル数と前記外周突部と前記内周壁面との間の衝突または静止摩擦係数および外周突部が内周壁面との間の法線方向の力との積に比例した大きさの抵抗力が、前記第１のノズル群の動摩擦係数に相当する抵抗力に追加された抵抗力をノズルヘッドが受けることになる。【００２４】
そのまま、挿入方向への移動が続行されると、前述したように、静止摩擦係数に代わり動摩擦係数に比例した抵抗力を第２のノズル群に関して受けることになる。【００２５】
前記チップ状容器収容部が設置されたステージ上には、さらに、種々の液体を収容しまたは収容可能な液収容部群を設けるのが好ましい。「種々の液体」には、各種試薬、検体、化学物質、または磁性体を含有する液体を含む。【００２６】
第２の発明は、前記ノズルに設けられた２以上の前記外周突部は、先端側の外周突部の外周長が、後端側の外周突部の外周長よりも短く形成され、前記チップ状容器の前記装着用開口部には、前記外周突部に対応して前記外周突部と密接または接触する内周壁面が形成されたチップ装着式集積処理装置である。【００２７】
ここで、２以上の前記外周突部間は相互に離間して設けられ、前記外周突部に密接または接触する内周壁面は、例えば容器の軸方向に離間して設けた内周筒状壁面（軸方向に垂直な断面形状が同一）を有し、該内周筒状壁面間はテーパ面や段差面が形成されている場合、または、２以上の外周突部に密接または接触するテーパ面等がある。【００２８】
第３の発明は、前記内周壁面は、前記外周突部に対応して相互に離間して設けられた複数の内周筒状壁面からなり、各内周筒状壁面は前記外周突部と密接または接触するとともに、前記内周筒状壁面の後端側には、先細りのテーパ面が前記内周筒状壁面と接続して設けられたチップ装着式集積処理装置である。【００２９】
したがって、装着用開口部の後端には、外方向に向かって拡開するテーパ面が形成されていることになる。このテーパ面の先端側の縁は、前記内周筒状壁面の後端側の縁と連続的につながっているのが好ましい。【００３０】
同様に、隣接する先端側の内周筒状壁面と後端側の内周筒状壁面との間に設けられたテーパ面については、そのテーパ面の先端縁は、前記先端側の内周筒状壁面の後端縁と連続的に接続し、そのテーパ面の後端縁と前記後端側の内周筒状壁面の先端縁と連続的に接続することが好ましい。【００３１】
これによって、同一ノズルについての、各外周突部と内周筒状壁面との間の静止摩擦力等による抵抗力が同時に生じる事態を防止することができる。【００３２】
前記ノズルに軸方向に相互に離間した２箇所の前記外周突部が設けられ、先端側の外周突部の外周長が、後端側の外周突部の外周長よりも短く形成された場合には、前記チップ状容器の前記装着用開口部には、先端側の前記外周突部と密接または接触する先端側内周筒状壁面と後端側の外周突部と密接または接触する後端側内周筒状壁面とが離間して設けられ、該先端側内周筒状壁面と後端側内周筒状壁面との間、および後端側内周筒状壁面の後端側には、先細りのテーパ面が形成されるのが好ましい。【００３３】
第４の発明は、前記移動手段は、該ノズルヘッドの各ノズルが、前記チップ状容器の前記装着用開口部内に挿入可能な位置に達した後、少なくとも前記ノズル群に属するノズルの構造および各ノズル群に属するノズル数に基づいて各ノズルが前記装着用開口部内に挿入されるように、前記ノズルヘッドと前記チップ状容器収容部との間を相対的に移動するチップ装着式集積処理装置である。【００３４】
移動手段のこのような移動は制御部によって制御される。該制御部は、さらに、ノズルヘッドと前記チップ状容器収容部との間の移動を、さらに、前記チップ状容器の個数もしくは構造、吸引吐出すべき液体、そこに含まれる物質、その量、その収容位置、その温度もしくはその濃度、処理内容、または指示に基づいて制御することができる。物質には、核酸、タンパク質、糖鎖、アミノ酸等の生体物質のみならず、金属等をも含む種々の化学物質を含む。【００３５】
第５の発明は、各ノズルに装着したチップ状容器を、一斉に脱着させる脱着部を有し、該脱着部は、前記ノズルの水平断面の最大外径または最大幅よりも大きいが、チップ状容器の水平断面の最大外径または最大幅よりも小さい径または幅をもつ孔または隙間を前記所定配列パターンに応じて形成した脱着板を有し、該脱着板は、その板面が前記所定基準水平面に平行に設けられ、前記孔または前記隙間内を前記各ノズルの軸線が通るように、該ノズルの軸線方向に沿って該ノズルに対して相対的に移動可能に設けたチップ状容器である。【００３６】
ここで、「最大外径または最大幅」とは、前記ノズルまたはチップ状容器に存在する軸線方向に垂直な水平断面の外径または幅の内で最大のものである。「孔」とは、各ノズル毎に設けられた脱着板の法線方向を囲むように穿設した閉じた空隙であり、ノズルは脱着板の法線方向から孔内に挿入し得る。「隙間」とは、脱着板に設けられ脱着板の側方向に開いた空隙であり、ノズルは脱着板の法線方向から及び側方向に開いた部分から隙間内に挿入し得る。「径」とは、円周形状に対応し、「幅」とは円周形状以外のものに対応するものである。「相対的」であるので、例えば、第１には、ノズルを止めて脱着板を前記チップ状容器の上側から下方向に移動させる場合と、第２には、脱着板を固定してノズルを前記チップ状容器の上側から上方向に移動させる場合と、第３には、双方を移動させる場合とがある。例えば、第１の場合としては、前記脱着板がノズルヘッドに支持されて、ノズルヘッドに対してノズルの軸線方向に沿って移動可能に設けられる場合がある。第２の場合としては、脱着板が、前記チップ状容器収容部が設けられたステージ上に固定して設けられ、該脱着板には隙間を設けて、前記ノズルが脱着板の隙間に側方向から挿入させた後、前記移動手段によってノズルヘッドを上昇させることによってノズルからチップ状容器を脱着する場合がある。「所定配列パターンに応じて形成して」であるので、所定配列パターンと同一配列パターン、例えば同一行数、同一列数かつ同一の行間隔、列間隔をもつように孔を形成したり、該配列パターンに対応する配列パターン、例えば、列方向（または行方向）に沿って列数個（または行数個）の長孔や空隙を前記行数個（または列数個）のノズルが挿入可能となるように形成する場合等がある。【００３７】
第６の発明は、内部に液体を収容可能な略筒状の筒状容器であって、１または軸方向に相互に離間した２以上の閉じた外周帯に沿って外向きに突出した１または２以上の外周突部を有するノズルに装着可能な装着用開口部と、前記容器の先端に設けられ前記ノズルを介しての気体の吸引吐出によって流体の入出が可能な口部とを有するとともに、前記装着用開口部は、前記ノズルへの装着によって前記ノズルの前記外周突部と密接または接触する内周壁面と、該内周壁面の後端側に設けられ該内周壁面と接続した先細りのテーパ面とを有するチップ状容器である。【００３８】
第７の発明は、前記内周壁面は、前記ノズルの軸方向に相互に離間した２以上の閉じた外周帯に沿って外向きに突出した１または２以上の外周突部に対応して設けられ、前記ノズルへの装着によって該外周突部と各々密接または接触し、該容器の軸方向に相互に離間して設けられた複数の内周筒状壁面を有し、先端側の内周筒状壁面の内周長は、後端側の内周筒状壁面の内周長よりも短く形成され、該内周筒状壁面の後端側には、先細りのテーパ面が形成されたチップ状容器である。【００３９】
当然、前記ノズルに設けられた複数の外周突部においても、先端側の外周突部の外周長が、後端側の外周突部の外周長よりも短く形成され、内周筒状壁面の内周長と対応していることになる。【００４０】
第８の発明は、前記ノズルに設けられた軸方向に相互に離間した２箇所の前記外周突部は、先端側の外周突部の外周長が、後端側の外周突部の外周長よりも短く形成され、前記チップ状容器の前記装着用開口部は、前記外周突部と各々密接または接触可能であって、前記容器の軸方向に離間して設けられた２箇所の内周筒状壁面を有し、先端側内周筒状壁面の内周長は、後端側内周筒状壁面の内周長よりも短く、先端側内周筒状壁面の後端側、後端側内周筒状壁面と先端側内周筒状壁面との間には、先細りのテーパ面が形成されるとともに、前記ノズルへの装着によって前記先端側内周筒状壁面は、前記ノズルの先端側の外周突部と密接し、前記後端側内周筒状壁面は、前記後端側の外周突部と接触するチップ状容器である。【００４１】
第９の発明は、１または軸方向に相互に離間した２以上の閉じた外周帯に沿って外向きに突出した１または２以上の外周突部を有するノズルと、２以上の該ノズルを所定配列パターンで配列したノズルヘッドと、該ノズルを介して気体の吸引吐出を行う吸引吐出機構と、前記ノズルに装着可能な装着用開口部、および先端に設けた前記気体の吸引吐出によって流体の入出が可能な口部を有する略筒状の２以上のチップ状容器と、該チップ状容器を前記所定配列パターンで配列し、前記ノズルに装着可能な状態で収容したチップ状容器収容部と、前記ノズルヘッドを前記チップ状容器収容部に対して相対的に移動させる移動手段とを有し、前記ノズルヘッドに設けられた２以上の前記ノズルは、前記チップ状容器の装着によって該各ノズルの前記外周突部が前記装着用開口部の内周壁面と密接または接触し、該外周突部は所定基準水平面から前記外周突部までの距離が相互に異なる複数種類のノズル群からなるとともに、前記ノズルヘッドの各ノズルが前記チップ状容器収容部に収容された前記チップ状容器の前記装着用開口部に挿入可能な位置にまで前記ノズルヘッドを移動し、前記ノズルヘッドを下降させて、前記チップ状容器を前記ノズルヘッドの各ノズルに装着させる工程を有するチップ装着式集積処理方法である。【００４２】
ここで、前記ノズルヘッドの下降は、少なくとも前記各ノズル群に属するノズルの構造および各ノズル群に属するノズル数に基づいて行うことが好ましい。これによって最適な力で装着することができる。【００４３】
第１０の発明は、各ノズルに装着したチップ状容器を、一斉に脱着させる脱着部を有し、該脱着部は、前記ノズルの水平断面の最大外径または最大幅よりも大きいが、チップ状容器の最大外径または最大幅よりも小さい径または幅を持つ孔または隙間を前記所定配列パターンに応じて設けた脱着板を有し、該脱着板は、その板面が前記所定基準水平面に平行に設けられ、前記孔または前記隙間を前記各ノズルの軸線が通るように、該ノズルの軸線方向に沿って該ノズルに対して相対的に移動させて、前記ノズルに装着された前記チップ状容器を脱着する工程を有するチップ装着式集積処理方法である。
【発明の効果】
【００４４】
第１の発明、第６の発明または第９の発明によれば、複数のノズル群に属する２以上のノズルをノズルヘッドに設けることによって、全ノズルと全チップ状容器との間の装着又は脱着の際の相対的移動に伴う、外周突部と内周壁面との間で生ずる抵抗力のパターンがノズル群ごとに異なることを利用して、全ノズルの静止摩擦力の総和に基づく抵抗力が、同一の時間または同一の位置にノズルヘッドに集中することを避けることができる。したがって、ノズルへのチップ状容器の装着または脱着時に、前記静止摩擦力に基づく抵抗力の総和に相当するような大きな力を、前記ノズル群の群数に相当する回数に分散させることで、ノズルヘッドに加わる最大の力を減少させて、各外周突部に加わる力を減少させ、各外周突部の磨耗を防止し、運用コストを削減し、かつ装置寿命を延ばすことができ、これによって製品管理を容易化することができる。【００４５】
また、前記ノズルに前記チップ状容器を自動的に装着し、または、脱着することによって、種々の処理を一貫して行うことができ、自動化に適している。さらに、各外周突部を閉じた外周帯に沿って設けているので、チップ状容器外への水密性および気密性が高い。【００４６】
第２の発明、第３の発明、第７の発明または第８の発明によれば、前述した効果の他に、複数の外周突部の外周長を、先端に向かって短くするように形成することで複数の外周突部のあるノズルを円滑に挿入することができる。【００４７】
また、複数箇所の閉じた外周帯に沿って設けた外周突部と、該外周突部と密接または接触する内周壁面を設けることによって、液体または気体の漏れをさらに一層、確実に防止することができるので、クロスコンタミネーションを防止して信頼性が高い。【００４８】
さらに、複数箇所の外周突部を設けた場合に、１の内周壁面と密接させ、他の内周壁面とは接触させることで、該内周壁面との摩擦による抵抗力を削減させて挿入しやすくするが、これによって、１の外周突部のみを設けた場合に比較して、ノズルとチップ状容器との軸方向のずれによるノズル装着時のがたつきを防止し挿入を円滑に行うことができる。【００４９】
第３の発明、第６の発明または第８の発明によれば、前述した効果の他に、ノズルの外周突部と密接又は接触する内周壁面を設けるとともに、該内周壁面の後端側に、先細りのテーパ面を形成することによって、ノズルのチップ状容器の装着用開口部への挿入を円滑化することができる。さらに、ノズルの先端部をも先細りに形成するのが好ましい。ノズルの外周突部と密接又は接触する内周壁面を設けることによって、前記チップ状容器から前記ノズルの外周突部を越える気体や液体の流れを阻止することができる。【００５０】
第４の発明によれば、前述した効果の他に、ノズル群に属するノズルの構造および各ノズル群に属するノズル数に基づいて、予め前記ノズルヘッドに加えるべき力を求めることによって、適切な大きさの力を加えることができ、外周突部の必要以上の磨耗を防止することができて、装置寿命を延ばすことができる。【００５１】
第５の発明または第１０の発明によれば、脱着部として、脱着板に所定の孔または隙間を設け、前記ノズルと脱着板との間を相対的に移動可能に設けることによって、簡単な構成で、一括してかつ確実に、ノズルに装着したノズルチップを脱着することができる。また、該脱着板は前記所定基準水平面に平行に設けているので、ノズルへのチップ状容器の装着または脱着時に、前記静止摩擦力に基づく抵抗力の総和に相当するような大きな力を、前記ノズル群の群数に相当する回数に分散させることで、ノズルヘッドや脱着板に加わる最大の力を減少させて、各外周突部に加わる力を減少させ、各外周突部の磨耗を防止し、運用コストを削減し、かつ装置寿命を延ばすことができ、これによって製品管理を容易化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
続いて、図面に基づいて、本発明の実施の形態に係るチップ装着式集積処理装置、チップ状容器およびチップ装着式集積処理方法について説明する。【００５３】
図１には、本発明の実施の形態に係るチップ装着式集積処理装置１０を模式的に示す。
該チップ装着式集積処理装置１０は、全部で96本の略円筒状のノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと、該ノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを12行×8列の行列状の配列パターンで、前記所定基準水平面を下面に有するノズル配列プレート２０から下方に突出するように配列したノズルヘッド１２と、前記ノズルを介して気体の吸引吐出を行う吸引吐出機構（１６，１８，２２，２４，２６，２８，３０）と、前記ノズルヘッド１２を前記チップ収容部に対して相対的に移動させる移動手段（３４，３６，３８，４０）とを有するものである。【００５４】
該チップ装着式集積処理装置１０には、後述するように、前記ノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに装着されるチップ状容器としての分注チップと、該分注チップを前記配列パターンに応じて配列され、前記ノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに装着可能な状態で収容する後述するチップ状容器収容部としてのチップ収容部とを有するものである。【００５５】
前記吸引吐出機構（１６，１８，２２，２４，２６，２８，３０）は、前記ノズルヘッド１２に設けられた、前記配列パターンの12行×8列の行列状の配列パターンで配列され、前記ノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと各々連通する96本のシリンダ１６と、前記シリンダ１６内に摺動可能に挿入されたプランジャ(図示せず)駆動用の96本のロッド１８と、該96本のロッドを連結するロッド駆動用プレート２２と、該ロッド駆動用プレート２２と接続して、該ロッド駆動用プレート２２を、したがって各ロッドを一斉に上下方向（Ｚ軸方向）に駆動する2本の柱状のアクチュエータ２４と、該アクチュエータ２４と連結し、該アクチュエータ２４を上下方向に駆動するためにボール螺子２８と螺合し、ボール螺子２８の回転によって上下方向に並進移動するナット部２６と、吸引吐出用モータ３０によって回転駆動するボール螺子２８とを有する。なお、前記吸引吐出用モータ３０、および前記ノズル配列プレート２０を支持し、かつ前記アクチュエータ２４を上下動可能に支持するのはノズルヘッド支持体３２である。【００５６】
前記移動手段（３４，３６，３８，４０）は、Ｘ軸方向（前記配列パターンの行方向）に前記ノズルヘッド１２をＸ軸モータ（図示せず）によって回転駆動されるボール螺子を有するＸ軸駆動機構（図示せず）およびＹ軸モータ（図示せず）によって回転駆動されるボール螺子を有し、Ｙ軸方向(前記配列パターンの列方向)に駆動するＹ軸駆動機構（図示せず）と連結して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能な枠体３３と、該枠体３３に回転可能に支持され上下方向（Ｚ軸方向）に伸びるボール螺子３４と、該ボール螺子３４に螺合するとともに、前記ノズルヘッド支持体３２と連結し、該ボール螺子３４の回転によって、前記ノズルヘッド支持体３２を、したがってノズルヘッド１２を上下方向に並進移動させるナット部３６と、前記枠体３３に支持され前記ボール螺子３４を回転駆動するＺ軸モータ４０と、前記Ｚ軸モータ４０のモータ軸と前記ボール螺子３４とを連結するコネクタ３８とを有する。なお、図示していないが、本装置には、前記移動手段、吸引吐出機構等を制御するための制御部を有している。該制御部は、例えば、ＣＰＵ，メモリからなる情報処理装置、マウス、キーボード等のデータ入力装置、液晶パネル等の表示装置、プリンタ等のデータ出力装置、通信手段、またはＣＤやＤＶＤ、フレキシブルディスク等の外部メモリの駆動装置等を有している。【００５７】
図２は、前記ノズルヘッド１２に設けられた前記ノズル配列プレート２０を下側から見た平面図である。このノズル配列プレート２０の下側の面が前記所定基準水平面に相当する。96本の前記ノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、各々後述する４種類のノズル群に属するノズルから各々24本ずつ採用したものであって、12行×8列の配列パターンの隣接する各要素ごとに、後述する先端側外周突部と所定前記基準水平面との間の距離または長さに応じて定まる順序、すなわち、交互に長短がくるように、第１のノズル群に属するノズル１４ａ，第３のノズル群に属するノズル１４ｃ、第２のノズル群に属するノズル１４ｂ、および第４のノズル群に属するノズル１４ｄの順に、順次配列する。したがって、各ノズル群に属するノズルの本数は24本となる。これによって、ノズルヘッド１２全体が分注チップ４６全体から受ける抵抗力をできるだけ分散させたものである。【００５８】
他の配列のやり方としては、例えば、列ごとに同一のノズル群に属する12本のノズルを配列する。後述するノズルの先端側外周突部と所定基準水平面との間の距離又は長さの順に従って形成した第１のノズル群から第４のノズル群について、第１のノズル群に属するノズル１４ａを、第１列と第５列に12本ずつ24本配列し、第２のノズル群に属するノズル１４ｂを、第３列と第７列に12本ずつ24本配列し、第３のノズル群に属するノズル１４ｃを、第２列と第６列に12本ずつ24本配列し、第４のノズル群に属するノズル１４ｄを、第４列と第８列に12本ずつ24本配列する場合がある。【００５９】
図３には、模式的に表した前記ノズルヘッド１２と、該ノズルヘッド１２のノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに装着可能な96本の同一形状の分注チップ４６を前記配列パターン、すなわち、12行×8列の行列状に水平に配列され、前記ノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに装着可能な状態で収容したチップ収容部４２を示すものである。【００６０】
該チップ収容部４２は、前記分注チップ４６を挿入して支持するための12行×8列の配列パターンに配列された96個の貫通孔が穿設された上板４４と、該上板４４の四隅で、該上板４４を水平に支え、前記分注チップ４６を前記上板４４の貫通孔で支持することができる高さをもつ４本の支柱４８と、前記支柱４８をその四隅において、直立するように支えるための下板５０とを有している。前記貫通孔の大きさは、前記分注チップ４６の本体(後述する太管部６２、細管部６６および移行部６８)は挿入可能であるが上端に設けた複数本の突条が形成された突条形成部４７が挿入できない大きさに形成されている。なお、該チップ収容部４２が載置されたステージ上には、さらに種々の液体を収容し又は収容可能なウェルが前記配列パターンに配列されたマイクロプレート（図示せず）が設けられている。【００６１】
図４は、前記ノズルヘッド１２およびチップ収容部４２を下側から見上げた状態を示すものである。96本の各ノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、前記ノズルヘッド１２の、ノズル配列プレート２０の下面である基準水平面から、同一形状をもつ96本のノズル支持部材５１を介して下方向に垂直に突出するように設けられている。【００６２】
図５は、該ノズルヘッド１２に設けられたノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに前記分注チップ４６を装着させた状態を示すものである。【００６３】
図６には、前記ノズルヘッド１２に設けられた１の種類のノズル１４ａに前記分注チップ４６を装着させた状態を示すものである。【００６４】
該ノズル１４ａは、前記ノズルヘッド１２のノズル配列プレート２０の下面から突設し、内部に前記ノズル１４ａと連通する円筒状の流路５１ａが中央に設けられたノズル支持部材５１の下側に接続して設けられている。該ノズル１４ａは、円筒状の本体５６ａと、ノズルの軸線を囲むように閉じた円環状の外周帯に沿って本体５６ａに対して外向きに一定の高さに突出し、軸方向に相互に離間して設けられた後端側外周突部５２ａと先端側外周突部５４ａとを有する。前記外周突部の最外縁の幅は外周面上の外周帯の幅に比べて狭く、例えば、前記分注チップ４６の肉厚程度に形成する。先端側外周突部５４ａは、後端側外周突部５２ａに比較して、外周長が短く形成されている。該ノズル１４ａの先端５８ａは、前記先端側外周突部５４ａの下側は、該ノズル１４ａの先端５８ａに向かって先細りのテーパ面が形成されている。【００６５】
該ノズル１４ａに装着された分注チップ４６は、全体として略円筒状に形成され、その後端に設けられ、前記ノズル１４ａ（または１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）に装着され、または装着可能な装着用開口部６０と、先端に設けられ、前記ノズル１４ａ（または、１４ｂ,１４ｃ,１４ｄ）による前記気体の吸引吐出によって流体の入出が可能な口部６４と、前記装着用開口部６０が上側に設けられた太管部６２と、前記口部６４が下端に設けられ、前記太管部６２よりも細く形成され、略先細り状の細管部６６と、前記太管部６２と細管部６６との間に設けられた漏斗状の移行部６８とを有する。【００６６】
前記装着用開口部６０は、前記先端側外周突部５４ａと密接する先端側内周筒状壁面７２と、該先端側内周筒状壁面７２と離間して設けられ、前記後端側外周突部５２ａと接触する後端側内周筒状壁面７０とを有し、先端側内周筒状壁面７２と後端側内周筒状壁面７０との間には、下方向に先細りのテーパ面７６が形成され、前記後端側内周筒状壁面７０の後端側にも下方向に先細りのテーパ面７４が形成されている。また、太管部６２の外側壁面の後端には、軸方向に沿った突条が複数本設けられた突条形成部４７を有している。【００６７】
図７は、前記ノズルヘッド１２の４種類のノズル群に属するノズル１４ａ,１４ｂ,１４ｃ,１４ｄに各々同一種類の分注チップ４６が装着された場合を示す。【００６８】
図７は、分注チップ４６が装着された第１のノズル群に属するノズル１４ａ、第２のノズル群に属するノズル１４ｂ、第３のノズル群に属するノズル１４ｃ、第４のノズル群に属するノズル１４ｄを示すものである。【００６９】
前記所定基準水平面としての、前記ノズル配列プレート２０の下面から前記後端側外周突部５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄまでの距離を各々Ｕａ，Ｕｂ，Ｕｃ，Ｕｄとし、前記下面から前記先端側外周突部５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄまでの距離を各々Ｌａ,Ｌｂ,Ｌｃ,Ｌｄとすると、次のような関係式が成立する。すなわち、Ｕａ＜Ｕｂ＜Ｕｃ＜Ｕｄであり、Ｌａ＞Ｌｂ＞Ｌｃ＞Ｌｄである。また、Ｕｄ＜Ｌｄである。これによって、ノズルヘッド１２に設けられたノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの装着の際に、全ノズルが同時に最大抵抗力を受けることを防止し、４段階に分けることができる。【００７０】
さらに、特に、先端側外周突部５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄが先端側内周筒状壁面７２のみならず、後端側外周突部５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄが後端側内周筒状壁面７０と密接する場合には、前記分注チップ４６の前記ノズル１４ａ（１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）への完全装着時における前記基準水平面から後端側内周筒状壁面７０の後端縁までの距離をＵｔ、先端側内周筒状壁面７２の後端縁までの距離をＬｔとすると、Ｕａ−Ｕｔと、Ｌａ―Ｌｔとを異ならせ、Ｕｂ−Ｕｔと、Ｌｂ―Ｌｔとを異ならせ、Ｕｃ−Ｕｔと、Ｌｃ―Ｌｔとを異ならせ、Ｕｄ−Ｕｔと、Ｌｄ―Ｌｔとを異ならせるように設定する。これによって、分注チップの装着の際に、同一のノズルにおいて後端側外周突部と先端側内周筒状突部が同時に最大抵抗力を内周壁面から受けることを防止することができる。【００７１】
続いて、本発明の実施の形態に係るノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄへの分注チップ４６の装着の動作について図面に基づいて説明する。【００７２】
図１、図２、図３、図４に示すように、前記ノズルヘッド１２を、前記チップ収容部４２の上方にまで、前記移動手段のＸ軸駆動機構（図示せず）およびＹ軸駆動機構（図示せず）を用いて移動させる。次に、前記Ｚ軸モータ４０、ボール螺子４３を駆動して、ノズルヘッド支持体３２およびノズルヘッド１２を、前記チップ収容部４２に向かって一斉に下降させる。このいずれかのノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの外周突部が、前記分注チップ４６のいずれかの内周筒状壁面と接触するまでは、これらのノズル、したがってノズルヘッド１２が前記分注チップ４６から受ける抵抗力は０または非常に小さい。前記ノズルヘッド１２に設けられた前記ノズルは、前記基準水平面から前記外周突部までの距離が相互に異なる４種類のノズル群から形成されているため、ノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの内、前記基準水平面からの距離が最も大きいＬａをもつ第１のノズル群に属するノズル１４ａの先端側外周突部５４ａが、最初に前記分注チップ４６の先端側内周筒状壁面７２と接触する位置にまで降下する。先端側外周突部５４ａと先端側内周筒状壁面７２との間の密接状態に係る先端側内周筒状壁面７２の狭まりによる衝突および抗力の発生と物体間の静止摩擦力に基づき抵抗力ｐａを１のノズル１４ａが受ける。【００７３】
したがって、図８に示すように、そのようなノズル１４ａを２４本有するノズルヘッド１２としては、Ｐａ＝24ｐａ（製品間の公差やノズル群間の形状による相違はないと仮定する。以下同じ）の力を受ける。この力Ｐａは、静止摩擦係数Mと、前記外周突部と前記内周筒状壁面との間に働く法線方向の抗力N(挟持力)との積MNに関係する。【００７４】
その際、後端側内周筒状壁面７０については、ノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの内、前記基準水平面からの距離が最も大きいＵｄをもつ第４のノズル群に属するノズル１４ｄの後端側外周突部５２ｄが、最初に前記分注チップ４６の後端側内周筒状壁面７０と接触する位置にまで降下しているとしても、該後端側外周突部５２ｄと後端側内周筒状壁面７０との間の摩擦による抵抗力は、先端側外周突部５４ｄと先端側内周筒状壁面７２との間の摩擦による抵抗力に比較して小さいとして、以下、後端側外周突部５２ａ，５２ｂ，５２ｃ、５２ｄと後端側内周筒状壁面７０に基づく抵抗力は、以下の説明では無視する。すなわち、摩擦による抵抗力が小さいのは、後端側外周突部と後端側内周筒状との間の状態が、例えば、密接状態ではなく接触状態であってその抗力が後者に比べて小さいからであったり、摩擦係数が、接触する材料の組合せ、潤滑油の有無または質、表面の滑らかさ、清浄度、材質等によって後者よりも小さい場合がある。【００７５】
やがて、前記ノズルヘッド１２の力がこの抵抗力に打ち勝って降下が進行すると、前記抵抗力よりも小さい動摩擦力による抵抗力Ｒａを受けることになる。この抵抗力Ｒａは、動摩擦係数mと、前記外周突部と前記内周筒状壁面との間に働く法線方向の抗力（挟持力に相当）Nとの積24mNに関係する。一般には、動摩擦係数mは、静止摩擦係数Mよりも小さいので、動摩擦係数に基づく抵抗力は、静止摩擦係数に基づく抵抗力よりも小さいことになる。【００７６】
やがて、前記基準水平面からの距離が次に大きい距離Ｌｂをもつ第２のノズル群に属するノズル１４ｂの先端側外周突部５４ｂが、前記分注チップ４６の先端側内周筒状壁面７２と接触する位置にまで下降する。先端側外周突部５４ｂと先端側内周筒状壁面７２との間の密接状態に係る先端側内周筒状壁面７２の狭まりによる衝突および挟持力の発生と物体間の静止摩擦力に基づく抵抗力ｐｂをノズル１４ｂが受ける。したがって、そのようなノズル１４ｂを24本有するノズルヘッド１２としては、Ｐｂ＝24ｐｂの力を、Ｒａに加えて受けることになる。したがって、この時点で、ノズルヘッド１２が受ける力Ｐａｂ＝Ｒａ＋Ｐｂである。【００７７】
やがて、前記ノズルヘッド１２の力がこの抵抗力に打ち勝って降下が進行すると、ノズル１４ｂに関して、ノズルヘッド１２は、前記抵抗力よりも小さい動摩擦力による抵抗力Ｒｂを受けることになる。この抵抗力Ｒｂは、動摩擦係数mと、前記外周突部と前記内周筒状壁面との間に働く法線方向の抗力Nとの積24mNに関係する。したがって、前述したように、動摩擦係数に基づく抵抗力は、静止摩擦係数に基づく抵抗力よりも小さいことになる。【００７８】
したがって、ノズルヘッド１２全体として受ける力Ｒａｂ＝Ｒａ＋Ｒｂであり、Ｐａｂ＞Ｒａｂとなる。
同様にして、下降が進行し、第３のノズル群に属するノズル１４ｃの先端側外周突部５４ｃが先端側内周筒状壁面７２に達すると、Ｐａｂｃ＝Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｐｃ（＝24ｐｃ，ｐｃは、衝突または静止摩擦係数に基づく１本のノズル１４ｃが受ける抵抗力）の力をノズルヘッド１２が受けることになる。該抵抗力に打ち勝って前記ノズルヘッド１２の下降がさらに進行すると、ノズルヘッド１２が受ける抵抗力は、Ｒａｂｃ＝Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ（＝第３ノズル群に属するノズル１４ｃが受ける動摩擦係数mに基づく抵抗力24mNで前記Ｐｃよりも小さい）となる。したがって、Ｐａｂｃ＞Ｒａｂｃとなる。【００７９】
さらに、ノズルヘッド１２の下降が進行し、第４のノズル群に属するノズル１４ｄの先端側外周突部５４ｄが先端側内周筒状壁面７２に達すると、Ｐａｂｃｄ＝Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ＋Ｐｄ（＝24ｐｄ，ｐｄは、衝突または静止摩擦係数に基づく１本のノズル１４ｄが受ける抵抗力）の力をノズルヘッド１２が受けることになる。該抵抗力に打ち勝って前記ノズルヘッド１２の下降がさらに進行すると、該ノズルヘッド１２が受ける抵抗力は、Ｒａｂｃｄ＝Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ＋Ｒｄ（＝第４のノズル群に属するノズル１４ｄが受ける動摩擦係数mに基づく抵抗力24mNで前記Ｐｄよりも小さい）となる。したがって、Ｐａｂｃｄ＞Ｒａｂｃｄとなる。これによって、図５に示すように、96本の前記分注チップ４６が前記ノズルヘッド１２の各ノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに装着されることになる。【００８０】
一方、従来のように、１のノズル群に属するノズル、例えば、先端側外周突部として、Ｌａを有するノズル１４ａのみがノズルヘッド１２に96本前記配列パターンで設けられている場合には、前記先端側外周突部５４ａが前記分注チップ４６の先端側内周筒状壁面７２に一斉に接触することになる。したがって、図８に示すように、１本のノズルが受ける力ｐ０は、衝突または静止摩擦係数に基づく抵抗力、すなわち、mNに関係し、該ノズルヘッドが受ける力Ｐ０は、Ｐ０＝96ｐ０となる。これは、一般に、動摩擦係数に基づく力を含有する前記Ｐａｂｃｄよりも大きいことになる。【００８１】
続いて、図９乃至図１１には、本発明の第２および第３の実施の形態に係るチップ装着式集積処理装置１００，１１０を模式的に示す。図１乃至図５に示す前記第１の実施の形態に係るチップ装着式集積処理装置１０と同一の符号は、同一のものを示すので、説明を省略する。該チップ装着式集積処理装置１００，１１０は、前述したチップ装着式集積処理装置１０と異なり、脱着部１１，１１１が設けられたものである。【００８２】
図９に示す第２の実施の形態に係るチップ装着式集積処理装置１００の脱着部１１は、前記ノズルヘッド１２に支持され、該ノズルヘッド１２に設けられた全部で96本の前記ノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに対して相対的に移動可能に設けられた脱着板１５を、前記ノズルヘッド１２の所定基準水平面に相当するノズル配列プレート２０に対し板面が平行で、該ノズル配列プレート２０の下側で、各ノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに装着されるべき分注チップ４６の上側に位置させている。したがって、前記脱着板１５は、分注チップ４６の装着前に、該位置にまで移動させておく。【００８３】
該脱着部１１の前記脱着板１５には、前記ノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの水平断面の最大外径に相当する前記後端側外周突部５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄよりも大きいが、前記チップ状容器としての分注チップ４６の最大幅に相当する装着用開口部６０の突条形成部４７よりは小さい径をもつ孔１３が、前記ノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの、前記ノズル配列プレート２０に形成された配列パターン、すなわち、12行×8列の行列状であって、前記ノズル配列プレート２０に形成されたものと同一の行間隔、列間隔をもって形成されている。該脱着板１５は、前記所定基準水平面に相当するノズル配列プレート２０に平行に設けられ、図示しない移動機構によって、前記孔１３内を前記各ノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの軸線が通るように、前記ノズルの軸線方向に沿って前記ノズルに対して移動可能に設けられている。【００８４】
図１０および図１１に示す第３の実施の形態に係るチップ装着式集積処理装置１１０の脱着部１１１は、前記チップ収容部４２が設けられたステージ上に固定して設けられたものであって、櫛歯状に形成された脱着板１９と、該脱着板１９をステージ上に支持する支持板２１とを有している。該脱着板１９の板面は、前記ノズルヘッド１２の所定基準水平面に相当するノズル配列プレート２０に対して板面が平行に設けられている。符号１７は、前記ステージに埋設された、前記分注チップ４６が収容されるチップ収容部の開口を示す。【００８５】
該脱着部１１１の該脱着板１９には、前記ノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの水平断面の最大外径に相当する前記後端側外周突部５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄよりも大きいが、前記チップ状容器としての分注チップ４６の最大幅に相当する装着用開口部６０の突条形成部４７よりは小さい幅を持つ複数の隙間（この例では１２個）であってその脱着板１９の片側方向に開いたものに挟まれた複数本の櫛歯部材２３（この例では１１本）が、前記ノズル配列プレート２０に形成された配列パターン、すなわち、12行×8列の行列状に対応するように、行方向に沿って、前記ノズル配列プレート２０に形成されたものと同一の行間隔、および行方向の長さをカバーするような長さで形成されている。該脱着板１５は、前記所定基準水平面に相当するノズル配列プレート２０に平行に設けられ、図示しない移動機構によって、前記孔１３内を前記各ノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの軸線が通るように、形成されている。【００８６】
該脱着部１１１を用いて、前記ノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに装着された分注チップ４６を脱着するには、前記移動手段によって前記ノズルヘッド１２を移動させて、該ノズル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが、装着した前記分注チップ４６の上側で前記脱着板１９の隙間内に行方向に移動させることによって挿入させる。次に、前記移動手段によって、前記分注チップ４６を前記ノズルから脱着させる方向、すなわち、該ノズルヘッド１２を上方向に、前記ノズルまたは分注チップの軸線方向に沿って力を加えてこそぎ落とするように構成する。
このようにして、脱着の際にも、前記チップ状容器の内周壁面と前記ノズルの外周突部との密接または接触によって生ずる抵抗力が前記脱着部に加わる時間的位置的関係が異なる複数種類のノズル群によって分散され、小さな力でノズルから前記チップ状容器を脱着することができる。【００８７】
以上説明した各実施の形態は、本発明をより良く理解するために具体的に説明したものであって、別形態を制限するものではない。したがって、発明の主旨を変更しない範囲で変更可能である。例えば、前記実施の形態では、主として２箇所の外周突部を有するノズルであって、上側の外周突部と上側の内周壁面との間では接触し、下側の外周突部と下側の内周壁面との間では密接する場合について説明したが、この場合に限られるわけではなく、例えば、外周突部が１のノズルに１箇所または３箇所設けた場合、または、上側の外周突部と上側の内周壁面との間でも密接する場合であっても良い。【００８８】
また、前記チップ状容器についても前述したものに限られず、移行部に段差をもつものや、移行部以外に段差をもつものであっても良い。また、分注チップの代わりに、チップ状容器内に、粒子状、ブロック状、細長形状、巻装された担体が封入されたものであっても良い。【００８９】
また、前記配列パターンも、 12行×8列の場合に限られるものではない。例えば、4，6，8，12，96，384本などを一列状または行列状、その他の形状に配列したものがある。
さらに、前記チップ状容器の細管の口部にはさらに、ステンレス製等のより径が小さい短管を嵌合させて、その分注精度を高めるようにしても良い。
なお、全ての空間的な位置関係への言及は、例示目的のためであって、本発明を限定するものと解釈すべきではない。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明に係るチップ装着式集積処理装置、チップ状容器、およびチップ装着式処理方法は、種々の溶液の処理が要求される分野、例えば、工業分野、食品、農産、水産加工等の農業分野、製薬分野、衛生、保険、免疫、疾病、遺伝等を扱う医療分野、化学若しくは生物学等の分野等、あらゆる分野に関係するものである。本発明は、特に、多数の試薬や物質を用いた一連の処理を所定の順序に連続的に処理を実行する場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るチップ装着式集積処理装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るノズルヘッドのノズル配列パターンを示す表面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るノズルヘッドおよびチップ収容部を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るノズルヘッドおよびチップ収容部を模式的に示す斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る分注チップをノズルに装着したチップ装着式集積処理装置を示す斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る分注チップを示す一部切欠き図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る各ノズル群に属する４種類のノズルに分注チップを装着した場合の一部切り欠き図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係るノズルの分注チップへの挿入量と抵抗力を示すグラフである。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るチップ装着式集積処理装置のノズルヘッドに設けた脱着部を模式的に示す斜視図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係るチップ装着式集積処理装置のステージ上に設けた脱着部を模式的に示す斜視図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係るチップ装着式集積処理装置のステージ上に設けた脱着部を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０，１００，１１０      チップ装着式集積処理装置
１１，１１１      脱着部
１２      ノズルヘッド
１６      シリンダ
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ      ノズル
２０      ノズル配列プレート
４２      チップ収容部(チップ状容器収容部)
４６      分注チップ(チップ状容器) 
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ      後端側外周突部
５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ      先端側外周突部
６０      装着用開口部
７０      後端側内周筒状壁面（内周壁面）
７２      先端側内周筒状壁面(内周壁面)
６４      口部
【図１】
2008013205.tif 000003
【図２】
2008013205.tif 000004
【図３】
2008013205.tif 000005
【図４】
2008013205.tif 000006
【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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【手続補正書】
【提出日】平成20年5月26日(2008.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１またはノズルの軸方向に相互に離間した２以上の閉じた外周帯に沿って外向きに突出した１または２以上の外周突部を有するノズルと、２以上の該ノズルを所定配列パターンで配列したノズルヘッドと、該ノズルを介して気体の吸引吐出を行う吸引吐出機構と、前記ノズルに装着しまたは装着可能な装着用開口部、および先端に設けた前記気体の吸引吐出によって流体の入出が可能な口部を有する略筒状の２以上のチップ状容器と、該チップ状容器を前記所定配列パターンで前記ノズルに装着可能な状態で収容しまたは収容可能としたチップ状容器収容部と、前記ノズルヘッドと前記チップ状容器収容部との間を相対的に移動させる移動手段とを有し、
前記ノズルヘッドに設けられた２以上の前記ノズルは、前記チップ状容器の装着によって該各ノズルに設けられた前記外周突部が前記装着用開口部の内周壁面と密接または接触し、所定基準水平面から少なくとも１の前記外周突部までの距離が相互に異なる複数種類のノズル群からなるとともに、
前記内周壁面は、前記ノズルへの装着によって前記外周突部に対応して該外周突部と密接または接触する内周筒状壁面を有するチップ装着式集積処理装置。
【請求項２】
前記ノズルに設けられた２以上の前記外周突部は、先端側の外周突部の外周長が、後端側の外周突部の外周長よりも短く形成され、前記チップ状容器の前記装着用開口部には、前記外周突部に対応して前記各外周突部と密接または接触する内周筒状壁面が形成された請求の範囲第１項に記載のチップ装着式集積処理装置。
【請求項３】
前記内周壁面は、前記外周突部に対応して相互に離間して設けられた複数の内周筒状壁面からなり、各内周筒状壁面は前記外周突部と密接または接触するとともに、前記内周筒状壁面の後端側には、先細りのテーパ面が前記内周筒状壁面と接続して設けられた請求の範囲第１項または請求の範囲第２項に記載のチップ装着式集積処理装置。
【請求項４】
前記移動手段は、該ノズルヘッドの各ノズルが、前記チップ状容器の前記装着用開口部内に挿入可能な位置に達した後、少なくとも前記ノズル群に属するノズルの構造および各ノズル群に属するノズル数に基づいて各ノズルが前記装着用開口部内に挿入されるように、前記ノズルヘッドと該チップ状容器収容部との間を相対的に移動する請求の範囲第１項乃至請求の範囲第３項のいずれかに記載のチップ装着式集積処理装置。
【請求項５】
各ノズルに装着したチップ状容器を、一斉に脱着させる脱着部を有し、該脱着部は、前記ノズルの水平断面の最大外径または最大幅よりも大きいが、チップ状容器の水平断面の最大外径または最大幅よりも小さい径または幅をもつ孔または隙間を前記所定配列パターンに応じて形成した脱着板を有し、該脱着板は、その板面が前記所定基準水平面に平行に設けられ、前記孔または前記隙間内を前記各ノズルの軸線が通るように、該ノズルの軸線方向に沿って該ノズルに対して相対的に移動可能に設けた請求の範囲第１項乃至請求の範囲第４項のいずれかに記載のチップ装着式集積処理容器
【請求項６】
内部に液体を収容可能な略筒状の筒状容器であって、１または軸方向に相互に離間した２以上の閉じた外周帯に沿って外向きに突出した１または２以上の外周突部を有するノズルに装着可能な装着用開口部と、前記容器の先端に設けられ前記ノズルを介しての気体の吸引吐出によって流体の入出が可能な口部とを有するとともに、
前記装着用開口部は、前記ノズルへの装着によって前記ノズルの前記外周突部と密接または接触する内周壁面と、該内周壁面の後端側に設けられ該内周壁面と接続した先細りのテーパ面とを有し、
前記内周壁面は、前記ノズルへの装着によって前記外周突部に対応して該外周突部と密接または接触する内周筒状壁面を有するチップ状容器。
【請求項７】
前記内周壁面は、前記ノズルの軸方向に相互に離間した２以上の閉じた外周帯に沿って外向きに突出した１または２以上の外周突部に対応して設けられ、前記ノズルへの装着によって該外周突部と各々密接または接触し、該容器の軸方向に相互に離間して設けられた複数の前記内周筒状壁面を有し、先端側の前記内周筒状壁面の内周長は、後端側の前記内周筒状壁面の内周長よりも短く形成され、該内周筒状壁面の後端側には、先細りのテーパ面が形成された請求の範囲第６項に記載のチップ状容器。
【請求項８】
前記ノズルに設けられた軸方向に相互に離間した２箇所の前記外周突部は、先端側の外周突部の外周長が、後端側の外周突部の外周長よりも短く形成され、前記チップ状容器の前記装着用開口部は、前記外周突部と各々密接または接触可能であって、前記容器の軸方向に離間して設けられた２箇所の前記内周筒状壁面を有し、先端側内周筒状壁面の内周長は、後端側内周筒状壁面の内周長よりも短く、先端側内周筒状壁面の後端側、後端側内周筒状壁面と先端側内周筒状壁面との間には、先細りのテーパ面が形成されるとともに、前記ノズルへの装着によって前記先端側内周筒状壁面は、前記ノズルの先端側の外周突部と密接し、前記後端側内周筒状壁面は、前記後端側の外周突部と接触する請求の範囲第６項または第７項に記載のチップ状容器。
【請求項９】
１または軸方向に相互に離間した２以上の閉じた外周帯に沿って外向きに突出した１または２以上の外周突部を有するノズルと、２以上の該ノズルを所定配列パターンで配列したノズルヘッドと、該ノズルを介して気体の吸引吐出を行う吸引吐出機構と、前記ノズルに装着可能な装着用開口部、および先端に設けた前記気体の吸引吐出によって流体の入出が可能な口部を有する略筒状の２以上のチップ状容器と、該チップ状容器を前記所定配列パターンで配列し、前記ノズルに装着可能な状態で収容したチップ状容器収容部と、前記ノズルヘッドを前記チップ状容器収容部に対して相対的に移動させる移動手段とを有するとともに、前記ノズルヘッドに設けられた２以上の前記ノズルは、前記チップ状容器の装着によって該各ノズルの前記外周突部が前記装着用開口部の内周壁面が有する対応する内周筒状壁面と密接または接触し、該外周突部は所定基準水平面から前記外周突部までの距離が相互に異なる複数種類のノズル群からなるとともに、
前記ノズルヘッドの各ノズルが前記チップ状容器収容部に収容された前記チップ状容器の前記装着用開口部に挿入可能な位置にまで前記ノズルヘッドを移動し、前記ノズルヘッドを下降させて、前記チップ状容器を前記ノズルヘッドの各ノズルに装着させる工程を有するチップ装着式集積処理方法。
【請求項１０】
各ノズルに装着したチップ状容器を、一斉に脱着させる脱着部を有し、該脱着部は、前記ノズルの水平断面の最大外径または最大幅よりも大きいが、チップ状容器の最大外径または最大幅よりも小さい径または幅を持つ孔または隙間を前記所定配列パターンに応じて設けた脱着板を有し、該脱着板は、その板面が前記所定基準水平面に平行に設けられ、前記孔または前記隙間内を前記各ノズルの軸線が通るように、該ノズルの軸線方向に沿って該脱着板を該ノズルに対して相対的に移動させて、前記ノズルに装着された前記チップ状容器を脱着する工程を有する請求の範囲第９項に記載のチップ装着式集積処理方法。
【国際調査報告】
2008013205.tif 000014
2008013205.tif 000015
2008013205.tif 000016
2008013205.tif 000017