(57)【要約】【課題】必要量の液体試料を反応容器に精度良く分注する液体試料分注装置を提供する。【解決手段】分注用ノズル２によって保持された前記液体試料を複数の反応容器１３に所定量ずつ分注する液体試料分注装置１において、前記分注用アクチュエータ制御部９に吐出量記憶部１１を備え、前記吐出量記憶部１１に前記分注用アクチュエータ７に連結されたシリンジ内にあるプランジャ６のストロークに対する吐出量を記憶し、前記分注用アクチュエータ制御部９が、前記分注用アクチュエータ７の吐出動作パターンを基にした動作指令に予め記憶された分注用アクチュエータ７に連結されたシリンジ内にあるプランジャ５のストロークに対する吐出量を考慮した値を前記分注用アクチュエータ駆動部８への動作指令とすることを特徴とするものである。【選択図】図１
2007139738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体試料を吸引保持する分注用ノズルと、液体試料の吸引・吐出圧力を発生させるシリンダとプランジャより構成されるシリンジと、液体試料を流すフレキシブルチューブと、前記液体試料の吸引・吐出を前記シリンジと前記フレキシブルチューブを介して前記分注用ノズルから実施させる分注用アクチュエータと、前記分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部と、前記分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部を備え、前記分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置において、
前記分注用アクチュエータ制御部に吐出量記憶部を備えたことを特徴とする液体試料分注装置。
【請求項２】
液体試料を吸引保持する分注用ノズルと、液体試料の吸引・吐出圧力を発生させるシリンダとプランジャより構成されるシリンジと、液体試料を流すフレキシブルチューブと、前記液体試料の吸引・吐出を前記シリンジと前記フレキシブルチューブを介して前記分注用ノズルから実施させる分注用アクチュエータと、前記分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部と、前記分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部を備え、前記分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置の駆動方法において、
前記分注用アクチュエータ制御部は、吐出量記憶部に記憶した前記プランジャの駆動パラメータと前記吐出量との関係に基づいて前記分注用アクチュエータ駆動部への動作指令を指令することを特徴とする液体試料分注装置の駆動方法。
【請求項３】
前記吐出量記憶部に記憶する前記駆動パラメータが前記プランジャのストロークと前記吐出量との関係であることを特徴とする請求項２記載の液体試料分注装置の駆動方法。
【請求項４】
前記吐出量記憶部に記憶する前記駆動パラメータが前記プランジャの内部圧力と前記吐出量との関係であることを特徴とする請求項２記載の液体試料分注装置の駆動方法。
【請求項５】
前記吐出量記憶部に記憶する前記駆動パラメータが前記分注用ノズルのノズル径と前記吐出量との関係であることを特徴とする請求項２記載の液体試料分注装置の駆動方法。
【請求項６】
前記吐出量記憶部に記憶する前記吐出パラメータが前記プランジャのストロークと、前記液体試料吸入量と前記空気吸入量と前記吐出量との少なくとも１つの関係であることを特徴とする請求項２記載の液体試料分注装置の駆動方法。
【請求項７】
液体試料を吸引保持する分注用ノズルと、液体試料の吸引・吐出圧力を発生させるシリンダとプランジャより構成されるシリンジと、液体試料を流すフレキシブルチューブと、前記液体試料の吸引・吐出を前記シリンジと前記フレキシブルチューブを介して前記分注用ノズルから実施させる分注用アクチュエータと、前記分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部と、前記分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部を備え、前記分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置において、
前記分注用ノズル近傍または、前記フレキシブルチューブに強制吐出手段が具備されたことを特徴とする液体資料分注装置。
【請求項８】
前記強制吐出手段は、前記分注用ノズルの近傍に配置した風力発生手段および静電吸着手段と、前記分注用ノズルまたは前記フレキシブルチューブに取り付けた振動発生手段との少なくとも１つ手段からなることを特徴とする請求項７記載の液体試料分注装置。
【請求項９】
液体試料を吸引保持する分注用ノズルと、液体試料の吸引・吐出圧力を発生させるシリンダとプランジャより構成されるシリンジと、液体試料を流すフレキシブルチューブと、前記液体試料の吸引・吐出を前記シリンジと前記フレキシブルチューブを介して前記分注用ノズルから実施させる分注用アクチュエータと、前記分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部と、前記分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部を備え、前記分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置の駆動方法において、
前記分注用アクチュエータ制御部は、前記分注用アクチュエータ駆動部への動作指令に同期して強制吐出手段に動作指令を指令することを特徴とする液体試料分注装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、必要量の液体試料を反応容器に精度良く分注する液体試料分注装置および駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液体試料分注装置には、次の三つの装置が提案されている。
第１には、試料吐出の際にポンプ駆動の速度特性を調整する制御手段を備えたものである（例えば、特許文献１参照）。図１３において、ノズル１０１は、ステンレス製のノンディスポーザブルタイプノズルである。ノズル１０１は、試料保持部１０３を有し、先端部に吸引部１０５を有する。そして、試料保持部１０３と吸引部１０５は、円錐形のテーパ部１０７でつながれている。ノズル１０１内には、分注用の試料を数百μｌまで吸引することができる。ノズル１０１は、ＸＹＺロボット１１０によって、試料吸引位置や試料吐出位置、ノズル洗浄位置へと移動する。また、ノズル１０１は、ポリマー製のチューブ１１３によって切替え弁１１１と連通されている。チューブ１１３の内径は約２ｍｍである。
切替え弁１１１は、さらに、シリンジポンプ１１５とチューブ１１７によって連通され、また、洗浄液タンク１１９とチューブ１２１によって連通されている。チューブ１１７およびチューブ１２１は、ともにポリマー製である。切替え弁１１１は、弁モータ１１２によって駆動されることにより、切替え動作する。そして、ノズル１０１とシリンジポンプ１１５を連動し、また、シリンジポンプ１１５と洗浄液タンク１１９を連通する。なお、切替弁としては、電磁弁を用いてもよい。
シリンジポンプ１１５は円筒形のシリンジ１２３を有し、このシリンジ１２３にピストン１２５が内挿され、シリンジ１２３とピストン１２５によりシリンジ室１２７が形成されている。そして、シリンジ１２３は、端面の開口部１２９にて前述のチューブ１１７と接続されている。ピストン１２５は、ポンプモータ１３１により、シリンジ１２３内で往復されるように駆動される。シリンジ室１２７には、後述するように洗浄液が注入される。ピストン１２５が開口部１２９の方向に移動すると洗浄液が開口部１２９から押し出され、また、ピストン１２５が開口部１２９と反対方向に移動すると洗浄液が吸い込まれる。以下、前者のピストン移動を押出し移動といい、後者のピストン移動を引込み移動という。
洗浄液タンク１１９には、洗浄液が貯められている。この洗浄液は、切替え弁１１１の切替え動作と、シリンジポンプ１１５の駆動によって、分注装置全体へ供給される。
図１４は、ノズル１０１、切替え弁１１１、シリンジポンプ１１５を駆動するための制御システムの構成を示すブロック図である。同図において、制御部１３５は、主としてコンピュータからなり、入力部１３７から制御部１３５へ、分注量や、分注処理数、試験管の配置などの設定条件が入力される。また、制御部１３５は、試験管内の試料の液面位置を検出する液面検出器１３９と接続されている。制御部１３５は、入力された設定条件に従った駆動信号を出力することにより、ＸＹＺロボット１１０、弁モータ１１２の駆動およびポンプモータ１３１の矩形状の速度駆動を実施する。
このように第１の試料分注装置は、試料吐出の際、分注ポンプが矩形状のポンプ駆動速度特性に従って駆動されるので、これに応じて、試料の吐出速度の立ち上がり、立ち下がりも急峻になる。そして、分注量が微少の場合でも吐出速度を高く設定でき、また、吐出終了時に試料吐出が急停止する。その結果、ノズル先端の開口部での液切れがよくなり、開口部外側に残る液量が少なくなる。従って、分注量が微少の場合でも、高い分注精度が得られるのである。
【０００３】
第２の試料分析装置は、高い処理能力を持ち、例えば、２μｌ未満の微量試料の分注も実現し、試料の消費量を最小限に抑え効率的に分析することができることを目的とするものである（例えば、特許文献２参照）。
液体試料が入った容器をセットする試料ディスク、液体試料を試料ディスク上にセットされた容器から一部採取（分注）する試料分注プローブ、液体試料と試薬を反応させる反応セルおよびその保持具である反応ディスク、測定項目に応じた試薬をセットする試薬ディスク、反応セル中に分注された液体試料と添加された試薬の反応を安定させるために反応溶液を攪拌する攪拌機構、反応セル中の廃液の吸引および洗浄を行う洗浄機構、そしてこれらの機構および分析の制御部から構成されている。
図１５に液体試料分注量が多い場合の試料分注方式を示す。まず、試料と、プローブおよび流路内のシステム水４０３の接触を防ぐため、分節空気４０２を吸引する。次に、試料プローブが試料容器４０６上に回転・下降し、液面検知機能によりプローブ先端を試料中に数ｍｍ浸漬して停止し、試料を吸引する。このとき測定用試料４０５に加え、試料の薄まり影響を排除するためのダミー試料４０４を吸引する。その後、試料プローブは上昇し、反応セル上に回転移動し反応セル底まで下降し、試料を吐出する。このとき試料吐出は反応セル上で測定試料４０５のみを吐出する。最後に、洗浄壮に移動しプローブ外壁に洗浄水を吹き付け、プローブ内部は給水タンクから供給されたシステム水４０１により洗浄される。この分注方式により分注量が２μｌ程度までは分析上必要な精度を維持して分注することができる。
次に、微量分注での精度を確保するための分注方式を図１６に示す。まず、分節空気４０２を吸引し、試料は測定試料４０５のみ正確に吸引する。次に、反応セル２１１に試料を吐出する前に洗浄槽でノズル外壁を洗浄し試料の持ち込み分４０７を洗い落とす。その後、反応セル上で、測定試料をシステム水４０３で押しながら吐出することにより、ノズル先端がシステム水で洗浄され測定試料の持ち帰り量はダミー試料を用いた分注方式に比べて低減される。液体試料の吸引後の外壁付着試料の除去は、洗浄槽での水洗浄の代わりに、空気など気体の噴射あるいは真空ポンプによる吸引によるものであってもよい。吐出時の液体試料の押し出しは、システム水（純水）の代わりに生理食塩水、希釈液などによるものであってもよい。試料を押し出すシステム水は、ノズル先端の洗浄効果に加え、ノズル内の試料吐き残しを防ぐ目的もあり、水量は一定量としても、分注量に応じて可変としてもよい。この分注方式により微量試料の分注においても分析に必要な精度を確保することが可能となる。
このように、第２の試料分注装置は、液体試料の消費量を低減することができるため、小児検体などの微量試料での分析にも対応でき、かつ試料の消費量を最小限に抑えた上で、分析時間を短縮できる自動分析装置を提供できるのである。
【０００４】
第３の試料分注装置は、粘度の違いに応じて適切な分注動作を行える分注装置を提供することを目的とするものである（例えば、特許文献３参照）。
図１７において、ノズル５１０は、例えば容器５１２内に収容された液体の吸引や吐出を行うための部材である。このノズル５１０は例えば金属製のノズル基部と樹脂製のディスポーザブルチップとによって構成してもよい。ノズル５１０は搬送機構５３６によって三次元方向に自在に搬送される。
ノズル５１０には、配管（チューブ）５２０を介して分注ポンプ５１４が接続されている。この分注ポンプ５１４はシリンジ５１６及びピストン５１８によって構成されており、ピストン５１８の動作量により吸引量や吐出量が制御され、またピストン５１８の動作速度によって吸引速度や吐出速度が支配される。
配管５２０上には分岐部５２２が設けられており、配管５２０がその分岐部５２２によって分岐され、その分岐路に圧力センサ５２４が設けられている。この圧力センサ５２４は配管５２０上に接続されているが、もちろんノズル５１０の基部などに直接的に設けるようにしてもよい。この圧力センサ５２４によってノズル５１０内の圧力値を直接的あるいは間接的に検出し、その圧力値に基づく分注ポンプ５１４の動作管理が可能となる。
圧力センサ５２４から出力される信号は、アンプ５２６で増幅された後にＡＤＣ５２８に入力される。このＡＤＣ５２８によって圧力センサ５２４の出力信号がデジタル信号に変換され、そのデジタル信号がＣＰＵ５３０に入力される。
このＣＰＵ５３０は制御部として機能するものであり、所定のプログラムにしたがって分注装置の全体動作を制御している。特に、このＣＰＵ５３０は搬送機構５３６及び分注ポンプ５１４の動作を管理している。また、ＣＰＵ５３０には、キーボードなどの入力部５３２及び記憶装置としてのメモリ５３４が接続されている。この入力部５３２はユーザーによってパラメータ値などを入力するためのものであり、メモリ５３４には各種の判定値や判定条件などが格納される。
このように第３の試料分注装置は、液体の粘度に応じて分注動作の管理を行うことができ、その結果、分注精度を高める分注装置を提供できるのである。
第４の自動分注装置および分注方法は、吸入吐出手段を駆動する駆動パターンの基となる基準データを基準データ記憶部に記憶させておき、分注動作時には前記基準データを基準データ記憶部から読み出し、この基準データと、吸引または吐出する液体の量に関するデータに基づいて駆動パターンを駆動パターン作成部によって作成し、この駆動パターンに従って制御部により前記駆動手段を制御することにより、分注対象の液体に応じた最適な吸入・吐出速度で、効率よく安定して分注を行うことができるものである（例えば、特許文献４参照）。
図１８において、分注ヘッド６０１にはシリンダ６０２が装着されている。シリンダ６０２の下端部には分注チップ６０３が装着されており、モータ６０８を正逆回転することにより、ピストン６０４はシリンダ６０２の内孔で往復動し、分注チップ６０３内の空気を吸引し、また分注チップ６０３内に空気を吐出する。また、ピストン６０４をシリンダ６０２内で駆動することにより、分注チップ６０３の先端部から液体を吸入、吐出する。
また、駆動回路６０９は駆動パターンに従ってモータ６０８を駆動する。制御部６１０は分注動作の順序と、各分注動作時の基準データの種類や吸引および吐出量とを駆動パターン作成部６１１に出力する。駆動パターン作成部６１１は、分注のパターンや分注量、分注対象の液体の性状や、使用される分注チップ６０３のサイズに基づいたピストン駆動速度ｖ（またはモータ回転数）および起動・停止時のピストンの加速度ａ（またはモータ回転角加速度）からモータ６０８の駆動パターンを作成する。この駆動パターンに基づき制御部６１０は駆動回路６０９を介してモータ６０８を制御する。
図１９（ａ）は吸入動作を示しており、直線の傾きがピストン６０４の加速度ａ、台形の高さが吸入時のピストン６０４の駆動速度ｖをそれぞれ表している。台形の面積はこの動作で吸入される液体の量に相当し、加速度ａが大きい程液体が急速に吸入され、駆動速度ｖが大きい程単位時間当りの吸入量が大きい。同様に図１９（ｂ）は吐出動作を示している。
これらの駆動パターンを構成する要素のうち、加速度ａおよび駆動速度ｖが、分注対象の液体に応じて予め設定される基準データであり、実際の分注動作時には、吸入・吐出量に応じて吸入時間Ｔｓ、吐出時間Ｔｄがその都度指定されることにより、当該分注時の駆動パターンが作成される。
このように、第４の自動分注装置および分注方法は、各分注動作時には、指示された吸入・吐出量と、選択された基準データの加速度ａおよび駆動速度ｖに基づいて駆動パターン作成部１１１によって吸入時間Ｔｓ、吐出時間Ｔｄが計算され、駆動パターンが作成される。このようにして求められた駆動パターンに従ってモータ１０８を駆動することにより、吸入・吐出効率がよく行え、分注精度に優れた分注を行うことができる。
【特許文献１】特開平１０−９６７３５公報（第６頁、図１、２）
【特許文献２】特開平２００２−１６２４０１公報（第８頁、図４、５）
【特許文献３】特許第３５０２５８８公報（第６頁、図１）
【特許文献４】特開２０００−６５８４３公報（第４頁、図１、２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の試料分注装置は、試料吐出の際、シリンジ内のプランジャのストロークと吐出量の関係、シリンジ内のプランジャの圧力と吐出量の関係、ノズルの絞り径と吐出量の関係、シリンジ内の液体試料吸入量および空気吸入量と吐出量の関係を考慮していないため、液体試料の吐出量にばらつきが生じるという問題点があった。
シリンジ内のプランジャのストロークと吐出量の関係では、プランジャのストロークによりプランジャとシリンジ内部の摩擦の状態が変わり、プランジャ移動時の加減速パターンに影響を与えるため、ストロークにより分注精度が変化する問題が生じていた。
また、シリンジ内のプランジャの圧力と吐出量の関係では、シリンジ内でのプランジャの接触状態や気泡の存在によりプランジャの圧力はシリンジ内で不均一となり、分注精度が変化する問題が生じていた。
また、ノズルの絞り径と吐出量の関係では、ノズル先端の絞り径が異なると、流速が変化することから分注精度が変化する問題が生じていた。
また、シリンジ内の液体試料吸入量および空気吸入量と吐出量の関係では、液体試料吸入量が異なると、吐出時に必要となるプランジャの圧力が異なることで分注精度が変化する問題が生じていた。また、空気吸入量が異なると吐出時の空気の圧縮量が異なることから分注精度が変化する問題が生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、吐出時におけるシリンジ内のプランジャのストロークと吐出量の関係、シリンジ内のプランジャの圧力と吐出量の関係、ノズルの絞り径と吐出量の関係、およびシリンジ内の液体試料吸入量および空気吸入量と吐出量の関係を考慮して、分注用アクチュエータ駆動部への動作指令とすることで、ノズル先端における試薬の粘度による表面張力の違いによらず液体試料を精度良く吐出する液体試料分注装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、液体試料を吸引保持する分注用ノズルと、液体試料の吸引・吐出圧力を発生させるシリンダとプランジャより構成されるシリンジと、液体試料を流すフレキシブルチューブと、前記液体試料の吸引・吐出を前記シリンジと前記フレキシブルチューブを介して前記分注用ノズルから実施させる分注用アクチュエータと、前記分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部と、前記分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部を備え、前記分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置において、前記分注用アクチュエータ制御部に吐出量記憶部を備えたものである。
また、請求項２に記載の発明は、液体試料を吸引保持する分注用ノズルと、液体試料の吸引・吐出圧力を発生させるシリンダとプランジャより構成されるシリンジと、液体試料を流すフレキシブルチューブと、前記液体試料の吸引・吐出を前記シリンジと前記フレキシブルチューブを介して前記分注用ノズルから実施させる分注用アクチュエータと、前記分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部と、前記分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部を備え、前記分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置の駆動方法において、前記分注用アクチュエータ制御部は、吐出量記憶部に記憶した前記プランジャの駆動パラメータと前記吐出量との関係に基づいて前記分注用アクチュエータ駆動部への動作指令を指令するものである。
請求項３に記載の発明は、前記吐出量記憶部に記憶する前記駆動パラメータが前記プランジャのストロークと前記吐出量との関係のものである。
請求項４に記載の発明は、前記吐出量記憶部に記憶する前記駆動パラメータが前記プランジャの内部圧力と前記吐出量との関係のものである。
請求項５に記載の発明は、前記吐出量記憶部に記憶する前記駆動パラメータが前記分注用ノズルのノズル径と前記吐出量との関係のものである。
請求項６に記載の発明は、前記吐出量記憶部に記憶する前記吐出パラメータが前記プランジャのストロークと、前記液体試料吸入量と前記空気吸入量と前記吐出量との少なくとも１つの関係であるものである。
請求項７に記載の発明は、液体試料を吸引保持する分注用ノズルと、液体試料の吸引・吐出圧力を発生させるシリンダとプランジャより構成されるシリンジと、液体試料を流すフレキシブルチューブと、前記液体試料の吸引・吐出を前記シリンジと前記フレキシブルチューブを介して前記分注用ノズルから実施させる分注用アクチュエータと、前記分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部と、前記分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部を備え、前記分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置において、前記分注用ノズル近傍または、前記フレキシブルチューブに強制吐出手段が具備されたものである。
請求項８に記載の発明は、前記強制吐出手段は、前記分注用ノズルの近傍に配置した風力発生手段および静電吸着手段と、前記分注用ノズルまたは前記フレキシブルチューブに取り付けた振動発生手段との少なくとも１つ手段からなるものである。
請求項９に記載の発明は、液体試料を吸引保持する分注用ノズルと、液体試料の吸引・吐出圧力を発生させるシリンダとプランジャより構成されるシリンジと、液体試料を流すフレキシブルチューブと、前記液体試料の吸引・吐出を前記シリンジと前記フレキシブルチューブを介して前記分注用ノズルから実施させる分注用アクチュエータと、前記分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部と、前記分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部を備え、前記分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置の駆動方法において、前記分注用アクチュエータ制御部は、前記分注用アクチュエータ駆動部への動作指令に同期して風力発生手段と振動発生手段と静電吸着手段との少なくとも１つの手段に動作指令を指令するものである。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１と２および７乃至９に記載の発明によると、前記分注用アクチュエータ制御部に吐出量記憶部を備え、プランジャの駆動パラメータと吐出量を記憶し、分注用アクチュエータ制御部から分注用アクチュエータ駆動部への駆動指令を与えることにより、ノズル先端における試薬の粘度による表面張力の違いによらず液体試料を精度よく吐出できる。
請求項３に記載の発明によると、前記吐出量記憶部にプランジャのストロークに対する吐出量を記憶し、前記分注用アクチュエータ制御部が、前記分注用アクチュエータの吐出動作パターンを基にした動作指令に予め記憶されたプランジャのストロークに対する吐出量を前記分注用アクチュエータ駆動部への動作指令とすることができるため、ストロークの違いによらず液体試料を精度良く吐出できる。
また、請求項４に記載の発明によると、前記吐出量記憶部にプランジャの内部圧力に対する吐出量を記憶し、前記分注用アクチュエータ制御部が、前記分注用アクチュエータの吐出動作パターンを基にした動作指令に予め記憶されたプランジャの内部圧力に対する吐出量を前記分注用アクチュエータ駆動部への動作指令とすることができるため、プランジャ圧力の違いによらず液体試料を精度良く吐出できる。
また、請求項５に記載の発明によると、前記吐出量記憶部に前記分注用ノズルの絞り径に対する吐出量を記憶し、前記分注用アクチュエータ制御部が、前記分注用アクチュエータの吐出動作パターンを基にした動作指令に予め記憶された前記分注用ノズルの絞り径に対する吐出量を前記分注用アクチュエータ駆動部への動作指令とすることができるため、ノズル先端の絞り径によらず液体試料を精度良く吐出できる。
また、請求項６に記載の発明によると、前記吐出量記憶部に液体試料吸入量と空気吸入量の少なくとも１つに対する吐出量を記憶し、前記分注用アクチュエータ制御部が、前記分注用アクチュエータの吐出動作パターンを基にした動作指令に予め記憶された液体試料吸入量と空気吸入量の少なくとも１つに対する吐出量を前記分注用アクチュエータ駆動部への動作指令とすることができるため、液体試料吸入量と空気吸入量の少なくとも１つの違いによらず液体試料を精度良く吐出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明の第１の実施の形態の液体試料分注装置の構成を示す図である。１は液体試料分注装置、２は液体試料を吸引保持する分注用ノズル、３は液体試料を流すウレタンまたはフッ化樹脂等の材料からなるフレキシブルチューブ、４はシリンダとプランジャから構成されるシリンジ、５はシリンダ、６はシリンジ内にて液体試料を吐出・吸引するプランジャ、７は分注用アクチュエータ（例えばリニアモータ）、８は分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部、９は分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部、１０は分注用アクチュエータ制御部にあるＣＰＵ、１１は分注用アクチュエータ制御部にあるシリンジ４内におけるプランジャ６のストロークに対する吐出量を記憶する吐出量記憶部、１２は液体試料を供給する液体試料容器、１３は液体試料を吐出する反応容器、１４は液体試料である。
【００１０】
本発明が特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４と異なる部分は、吐出時におけるシリンジ内のプランジャのストロークと吐出量の関係、シリンジ内のプランジャの圧力と吐出量の関係、ノズルの絞り径と吐出量の関係、およびシリンジ内のプランジャのストロークと液体試料吸入量と空気吸入量と吐出量の少なくとも１つの関係を考慮して、分注用アクチュエータ駆動部への動作指令とすることで、ノズル先端における試薬の粘度による表面張力の違いによらず液体試料を精度良く吐出する液体試料分注装置を提供することである。
【００１１】
分注用ノズル２は中空であり、先端に行くほど内径が小さくなるように成形されている。分注用ノズル２は液体試料１４に対して垂直な姿勢に保持されており、液体試料容器１２に内包された液体試料１４を吸引し、反応容器１３に液体試料１４を吐出する。また、図示しないが、分注用ノズル２は洗浄水容器の洗浄水を吸引・吐出する。洗浄水の供給法や吸引・吐出法として、一般的な種々の方法を採用できる。
シリンダ５は、プランジャ６の移動に伴ってシリンジ４内の容積が変化する。シリンダ４はフレキシブルチューブ３を介して分注用ノズル２に接続されている。液体試料１４を吸引しシリンジ４内の容積が増加するようにプランジャ６はシリンジ４の紙面上方に移動し、液体試料１４を吐出しシリンジ４内の容積が減少するようにプランジャ６はシリンジ４の紙面下方に移動する。プランジャ６は分注用アクチュエータ７により駆動され、分注用アクチュエータ駆動部８によって制御される。分注用アクチュエータ駆動部８は、分注用アクチュエータ制御部９に接続され、動作指令に基づいて分注用アクチュエータ７を駆動する。分注用アクチュエータ制御部９は、ＣＰＵ１０と吐出量記憶部１１からなり、所定の液体試料１４を吐出するよう分注用アクチュエータ駆動部８に動作指令を指令している。ＣＰＵ１０は、予めオペレータにより入力されるか、或るいは、液体試料容器１２等に表示された識別マークから読み取られた試料数と所望の分析項目に基づいて、所要の分注量及び分注順序に対応するように分注用アクチュエータ駆動部８に指令している。また、吐出量記憶部１１は吐出時におけるストローク、圧力、ノズル径および吐出速度と吐出量の関係を記憶している。
次に、吐出時におけるプランジャのストローク、圧力、ノズル径および液体試料吸入量と空気吸入量と、吐出量の関係について説明する。
第１にストロークと吐出量の関係について説明する。内部圧力が気泡などで低下していない正常状態のとき、流体の質量保存則（流入する質量流量（密度×流速×断面積）と流出する流量（密度×流速×断面積）は等しい。）が成立し、ノズル先端における流速が液切れ速度以上になれば液だまりが生じることがなく吐出できる。
ここで、手順について説明する。内部圧力を正常状態に保ち、プランジャの動作パターンである最高速度、加速度、減速度を固定し、まず、吐出試験によりストロークと吐出量の関係を確認し、図２に示すように表にまとめておく。次に、前記吐出試験により確認したストロークと吐出量の関係を値そのものもしくは近似式などにより記憶部に記憶しておく。そして、ユーザが画面などから入力した設定吐出量に応じて、吐出試験により確認したストロークと吐出量の関係に基づいて吐出する。予め吐出試験により確認していないストロークの場合も、吐出試験により確認したストロークと吐出量の関係をもとにした近似式によりストロークを計算し、ストロークを調整することで吐出する。
上記のようにすることで、設定吐出量に応じストロークを調整し、一定量の吐出が可能となる。
第２に内部圧力と吐出量の関係について説明する。内部圧力が気泡などで低下していない正常状態のとき、流体の質量保存則（流入する質量流量（密度×流速×断面積）と流出する流量（密度×流速×断面積）は等しい。）が成立し、ノズル先端における流速が液切れ速度以上になれば液だまりが生じることがなく吐出できる。シリンジやフレキシブルチューブに気泡が生じてくると、内部圧力が低下して吐出量が減少し、最悪の場合は吐出できなくなる。
ここで、手順について説明する。まず、プランジャの動作パターンである最高速度、加速度、減速度とストロークを固定し、吐出試験により内部圧力と吐出量の関係を確認し、図３に示すように表にまとめておく。次に、前記吐出試験により確認した内部圧力と吐出量の関係を値そのものもしくは近似式などにより記憶部に記憶しておく。そして、ユーザが画面などから入力した設定吐出量に応じて、吐出試験により確認した、図示しないフレキシブルチューブに取り付けた圧力計により計測した内部圧力と吐出量の関係に基づき吐出する。
上記のようにすることで、内部圧力に応じストロークを調整し、一定量の吐出が可能となる。
第３にノズル径と吐出量との関係について説明する。内部圧力が気泡などで低下していない正常状態のとき、流体の質量保存則（流入する質量流量（密度×流速×断面積）と流出する流量（密度×流速×断面積）は等しい。）が成立する。したがって、シリンジ径をＳｒ、ノズル先端径をＮｒ、シリンジ内におけるプランジャの速度をＳｖとすると、ノズル先端において吐出される試料の流速ＮｖはＮｖ＝Ｓｒ２／Ｎｒ２×Ｓｖとなり、ノズル先端における流速Ｎｖが液切れ速度以上になれば液だまりが生じることがなく吐出できる。ここで、液切れ速度とは吐出試験により確認した値である。また、シリンジ径を一定に固定すると、ノズル先端径を小さくすれば小さくする程、液切れ速度が上昇することになるが、試料がノズル先端につまる可能性があるので、通常細くてもノズル先端径はφ０．２〜０．３ｍｍ程度である。
ここで、手順について説明する。まず、プランジャの動作パターンである最高速度、加速度、減速度とストロークを固定し、吐出試験によりノズル径と吐出量の関係を確認し、図４に示すように表にまとめておく。次に、前記吐出試験により確認したノズル径と吐出量との関係を値そのものもしくは近似式などにより記憶部に記憶しておく。そして、ユーザが画面などから入力した設定吐出量に応じて、吐出試験により確認したノズル径と吐出量の関係に基づき吐出する。
上記のようにすることで、ノズル径に応じストロークを調整し、一定量の吐出が可能となる。
第４に液体試料吸入量と空気吸入量との関係について説明する。予め実験により吐出精度の良い、吐出量に対する液体試料吸入量を確認しておく。内部圧力が気泡などで低下していない正常状態のとき、流体の質量保存則（流入する質量流量（密度×流速×断面積）と流出する流量（密度×流速×断面積）は等しい。）が成立し、ノズル先端における流速が液切れ速度以上になれば液だまりが生じることがなく吐出できる。そこで、内部圧力を正常状態に保ち、例えばプランジャの動作パターン（台形パターン）である最高速度、加速度、減速度を固定し、液体試料吸入量と空気吸入量の少なくとも１つを一定値とした場合、シリンジ内におけるプランジャのストローク、液体試料吸入量と空気吸入量の少なくとも１つと吐出量の関係を確認し、図５〜７に示す表のようにまとめておく。
次に、前記吐出試験により確認した液体試料吸入量と空気吸入量の少なくとも１つと吐出量との関係を値そのものもしくは近似式などにより記憶部に記憶しておく。そして、ユーザが画面などから入力した設定吐出量に応じて、吐出試験により確認した液体試料吸入量と空気吸入量の少なくとも１つと吐出量の関係に基づき吐出する。予め吐出試験により確認していない液体試料吸入量と空気吸入量の少なくとも１つの場合も、吐出試験により確認した液体試料吸入量と空気吸入量の少なくとも１つと吐出量の関係をもとにした近似式により調整することで吐出する。
上記のようにすることで、液体試料吸入量と空気吸入量の少なくとも１つに応じストロークを調整し、一定量の吐出が可能となる。
【実施例２】
【００１２】
本発明の第２の実施例について図８を用いて説明する。第２の実施例が第１の実施例と異なる点は、分注用ノズル２近傍に風力発生手段１５からなる強制吐出手段を備えた点である。その他の構成は実施例１と同様であるので説明を省略する。
次に、動作について説明する。動作についても液体の吐出までは実施例１と同様であるので説明を省略する。以下に吐出時の動作について説明する。吐出量記憶部１１からの情報をもとに吐出動作パターンを作成し、分注用アクチュエータへ動作指令が与えられ、反応容器１３へ例えば数十ｎＬ〜数十μＬの液体試料１４を吐出する。このとき、分注用アクチュエータ制御部９では、吐出駆動動作と同期して分注用ノズル２近傍にある風力発生手段１５により風を発生させている。
【００１３】
次に、風力発生手段による液体試料の吐出の効果について説明する。分注用アクチュエータの吐出動作のみで分注ヘッドから試料を吐出させたときの分注用ノズル２先端における試料吐出の状態を高速度カメラで観察した結果、液体試料の粘度や分注用ノズル２の表面張力の影響で、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順序で吐出された液体試料１４は、分注用ノズル２先端に戻っていた。そこで、風力発生手段１５により、この分注用ノズル２先端に戻る液体試料の表面張力よりも大きい強制的な風力を分注用アクチュエータの吐出動作に同期して発生させた結果、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順序で吐出された液体試料１４は、分注用ノズル２先端に戻ることはないことが実証され、吐出量を測定した結果、ばらつきを少なくできた。
【実施例３】
【００１４】
本発明の第３の実施例について図１１を用いて説明する。第３の実施例が第１の実施例および第２の実施例と異なる点は、分注用ノズル２近傍に風力発生手段１５を備えたことに加えて、振動発生手段１６からなる強制吐出手段を備えた点である。その他の構成は実施例１と同様であるので説明を省略する。
次に、動作について説明する。動作についても液体の吐出までは実施例１と同様であるので説明を省略する。以下に吐出時の動作について説明する。吐出量記憶部１１からの情報をもとに吐出動作パターンを作成し、分注用アクチュエータへ動作指令が与えられ、反応容器１３へ液体試料１４を吐出する。このとき、分注用アクチュエータ制御部９では、吐出駆動動作と同期して分注用ノズル２近傍にある風力発生手段１５により風を発生させるとともに振動発生手段１６で分注用ノズル２を振動させている。
【００１５】
次に、風力発生手段と振動発生手段による液体試料の吐出の効果について説明する。風力発生手段と振動発生手段により、この分注用ノズル先端に戻る液体試料の表面張力よりも大きい強制的な風力および振動を分注用アクチュエータの吐出動作に同期して発生させた結果、液体試料は、分注用ノズル先端に戻ることはないことが実証され、吐出量を測定した結果、ばらつきを少なくできた。
【実施例４】
【００１６】
本発明の第４の実施例について図１２を用いて説明する。第４の実施例が第１の実施例、実施例２および第３の実施例と異なる点は、分注用ノズル２近傍に風力発生手段１５を備えたことに加えて、静電吸着手段１７からなる強制吐出手段を備えた点である。その他の構成は実施例１と同様であるので説明を省略する。
次に、動作について説明する。動作についても液体の吐出までは実施例１と同様であるので説明を省略する。以下に吐出時の動作について説明する。吐出量記憶部１１からの情報をもとに吐出動作パターンを作成し、分注用アクチュエータへ動作指令が与えられ、反応容器１３へ液体試料１４を吐出する。このとき、分注用アクチュエータ制御部９では、吐出駆動動作と同期して分注用ノズル２近傍にある風力発生手段１５により風を発生させるとともに静電吸着手段１７で液体試料を静電吸着させる。
【００１７】
次に、風力発生手段と静電吸着手段による液体試料の吐出の効果について説明する。風力発生手段と振動発生手段により、この分注用ノズル先端に戻る液体試料の表面張力よりも大きい強制的な風力および振動を分注用アクチュエータの吐出動作に同期して発生させた結果、液体試料は、分注用ノズル先端に戻ることはないことが実証され、吐出量を測定した結果、ばらつきを少なくできた。
以上述べた通り、風力発生手段と振動発生手段や、風力発生手段と静電吸着手段との組み合わせで説明したが、各手段単独で使用しても同様な効果が得られるし、他の組み合わせや全て手段を取り付けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
なお、ノズル先端における試薬の粘度による表面張力の違いによらず液体試料を精度良く吐出できるので、吸引・吐出が必要なバイオ関連および医療関連の装置等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態の液体試料分注装置の構成を示す図
【図２】本発明の第１の実施の形態のシリンジ内にあるプランジャのストロークと吐出量の関係を示す表
【図３】本発明の第１の実施の形態のフレキシブルチューブの内部圧力と吐出量の関係を示す表
【図４】本発明の第１の実施の形態のノズル径と吐出量の関係を示す表
【図５】本発明の第１の実施の形態の液体試料吸入量と吐出量の関係を示す表
【図６】本発明の第１の実施の形態の空気吸入量と吐出量の関係を示す表
【図７】本発明の第１の実施の形態の液体試料吸入量および空気吸入量と吐出量の関係を示す表
【図８】本発明の第２の実施の形態の液体試料分注装置の構成を示す図
【図９】本発明の第２の実施の形態の風力発生手段を備えない場合の分注用ノズル先端の吐出状態を示す図
【図１０】本発明の第２の実施の形態の風力発生手段を備えた場合の分注用ノズル先端の吐出状態を示す図
【図１１】本発明の第３の実施の形態の液体試料分注装置の構成を示す図
【図１２】本発明の第４の実施の形態の液体試料分注装置の構成を示す図
【図１３】従来例１の実施の形態の空中吐出式分注装置の構成を示す図
【図１４】従来例１の実施の形態の空中吐出式分注装置のノズル、切替え弁、およびシリンジポンプを駆動するための制御システムの構成を示すブロック図
【図１５】従来例２の実施の形態のダミー試料を用いた試料分注動作を示す図
【図１６】従来例２の実施の形態の試料吸引後のノズル外壁洗浄および水押し出し吐出による試料分注動を示す図
【図１７】従来例３の実施の形態の分注装置の全体構成を示すブロック図
【図１８】従来例４の実施の形態の自動分注装置の構成を示すブロック図
【図１９】従来例４の実施の形態の自動分注装置の吸入・吐出動作時におけるピストンの駆動パターンを示すタイミングチャート
【符号の説明】
【００２０】
１  液体試料分注装置
２  分注用ノズル
３  フレキシブルチューブ
４  シリンジ
５  シリンダ
６  プランジャ
７  分注用アクチュエータ
８  分注用アクチュエータ駆動部
９  分注用アクチュエータ制御部
１０  ＣＰＵ
１１  吐出量記憶部
１２  液体試料容器
１３  反応容器
１４  液体試料
１５  風力発生手段
１６  振動発生手段
１７  静電吸着手段
１０１  ノズル
１０３  試料保持部
１０５  吸引部
１０７  テーパ部
１０９  ノズル口
１１０  ＸＹＺロボット
１１１  切替え弁
１１２  弁モータ
１１３，１１７，１２１  チューブ
１１５  シリンジポンプ
１１９  洗浄液タンク
１２３  シリンジ
１２５  ピストン
１２７  シリンジ室
１２９  開口部
１３１  ポンプモータ
１３５  制御部
１３７  入力部
１３９  液面検出器
２１１  反応セル
４０１  試料ノズル断面
４０２  分節空気
４０３  システム水
４０４  ダミー試料
４０５  測定試料
４０６  試料カップ断面
４０７  試料吸引後のノズル外壁付着試料
５１０  ノズル
５１２  容器
５１４  分注ポンプ
５１６  シリンジ
５１８  ピストン
５２０  配管（チューブ）
５２２  分岐部
５２４  圧力センサ
５２６  アンプ
５２８  ＡＤＣ
５３０  ＣＰＵ
５３２  入力部
５３４  メモリ
５３６  搬送機構
６０１  分注ヘッド
６０２  シリンダ
６０３  分注チップ
６０４  ピストン
６０５  ロッド
６０６  ピニオンギア、ラックギア
６０７  ピニオンギア
６０８  モータ
６０９  駆動回路
６１０  制御部
６１１  駆動パターン作成部
６１２  基準データ記憶部
【図１】
2007139738.tif 000003
【図２】
2007139738.tif 000004
【図３】
2007139738.tif 000005
【図４】
2007139738.tif 000006
【図５】
2007139738.tif 000007
【図６】
2007139738.tif 000008
【図７】
2007139738.tif 000009
【図８】
2007139738.tif 000010
【図９】
2007139738.tif 000011
【図１０】
2007139738.tif 000012
【図１１】
2007139738.tif 000013
【図１２】
2007139738.tif 000014
【図１３】
2007139738.tif 000015
【図１４】
2007139738.tif 000016
【図１５】
2007139738.tif 000017
【図１６】
2007139738.tif 000018
【図１７】
2007139738.tif 000019
【図１８】
2007139738.tif 000020
【図１９】
2007139738.tif 000021