(57)【要約】【課題】効率よく適正に攪拌することができる液体攪拌方法及び装置を提供する。【解決手段】ポンプ１５に接続されたノズル１１を液体容器１００内に挿入し、容器底部付近でノズル１１内に液体１０１を吸引し、ノズル１１を上昇させて液面付近で液体１０１を吐出し、以上の工程を複数回繰り返すことにより、複数成分からなる液体１０１を攪拌する。液体１０１の吸引時のポンプ内圧を測定し、この内圧が所定圧力になるまで工程を繰り返す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプに接続されたノズルを液体容器内に挿入し、該容器底部付近で前記ノズル内に液体を吸引し、前記ノズルを上昇させて液面付近で該液体を吐出し、
以上の工程を複数回繰り返すことにより、複数成分からなる前記液体を攪拌することを特徴とする液体攪拌方法。
【請求項２】
前記液体の吸引時のポンプ内圧を測定し、この内圧が所定圧力になるまで前記工程を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の液体攪拌方法。
【請求項３】
前記ノズルを前記液体容器に挿入する際、該ノズルの先端の液面上下における前記ポンプの内圧変化により前記液体の液面を検出し、この液面付近に液体吐出位置を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の液体攪拌方法。
【請求項４】
前記ノズルの先端が前記容器の容器底に接触する位置を接触式センサにより検出し、容器底部付近に液体吸引位置を設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体攪拌方法。
【請求項５】
ノズルを加減圧して液体を吸引・吐出させるポンプ機構と、前記ノズルを上下動させるノズル上下動機構とを備え、
前記ノズル上下動機構により容器底部付近まで移動させた前記ノズル内に、前記ポンプ機構により液体を吸引させ、前記ノズルを上昇させて液面付近で該液体を吐出するようにしたことを特徴とする液体攪拌装置。
【請求項６】
前記ポンプ機構のポンプ内圧を測定する圧力センサを有することを特徴とする請求項５に記載の液体攪拌装置。
【請求項７】
前記ノズル上下動機構に付帯し、前記ノズルの先端が前記容器の容器底に接触する位置を検出する接触式センサを有することを特徴とする請求項５又は６に記載の液体攪拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の吸引元から成分の異なる液体が分注された容器内の液体を攪拌する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分注装置や分析装置において複数の吸引元から成分の異なる液体を１つの容器に分注する場合、そのままでは比重が大きい液体が容器の底部に沈殿し、比重が小さい液体（例えば蒸留水やバッファなど）と分離してしまう。そのため容器内の液体を攪拌する必要があり、その一般的な攪拌方法として先端に翼が付いたシャフトを容器内に挿入し、該シャフトを回転させる方法が知られている。例えば特許文献１に記載の装置では、吸引口に攪拌翼が取り付けられている。
【０００３】
また、シャフトを用いない方法として、分注ポンプを利用する攪拌方法があり、例えば先端径が細いノズル（ディスポーザブルチップ）に容器内の液体を吸引させ、上部の大径部分に液体を導入する。そして、ノズルを通して元の容器に液体を吐き戻す動作を繰り返すことで容器内の液体に対流を生じさせ、攪拌を行うというものである。特許文献２に記載の装置では、ノズル上方に該ノズルよりも大きな内径を持つ主チャンバと副チャンバを設けている。
【０００４】
さらに、別の方法として、容器上方からチップ先端が液面にふれていない状態で液を吐出したり（空中吐出）、水平（ＸＹ軸）方向にノズルを移動させて容器の中心から吸引して容器の縁で吐出する方向がある。例えば特許文献３に記載の装置では、ノズル（ディスポーザブルチップ）を水平方向にずらすようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１０１２７１号公報
【特許文献２】特許第３２３９２０３号公報
【特許文献３】特開２００１−３４３３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の装置もしくは方法において、分注用のポンプの他にシャフトを回転駆動するための機構や、シャフトを洗浄するための機構を追加しなければならない。
また、分注ポンプを利用する方法では液体が分注されている容器に対して、比較的大きな容積のチップ又はポンプが必要になり、その機構のサイズが大型化してしまう。また、容積が小さいチップ（例えば３０〜４０μｌ程度）にて多量の液体（例えば１０００μｌ以上）を攪拌する場合、この方法は有効に使うことができない。
【０００７】
更に、空中吐出では吐出時に泡を発生させて、後工程に不都合が生じる場合がある。容器の縁で吐出する方法では、容器底の形状によっては攪拌効率が落ちる場合があり、またノズルを動かすと水平方向に液撥ねが起こり、隣の容器にコンタミネーションが発生する可能性がある。
【０００８】
本発明はかかる実情に鑑み、構成の簡素化を図りながら、効率よく適正に攪拌することができる液体攪拌方法及び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】
【０００９】
本発明による液体攪拌方法は、ポンプに接続されたノズルを液体容器内に挿入し、該容器底部付近で前記ノズル内に液体を吸引し、前記ノズルを上昇させて液面付近で該液体を吐出し、以上の工程を複数回繰り返すことにより、複数成分からなる前記液体を攪拌することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の液体攪拌方法において、前記液体の吸引時のポンプ内圧を測定し、この内圧が所定圧力になるまで前記工程を繰り返すことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の液体攪拌方法において、前記ノズルを前記液体容器に挿入する際、該ノズルの先端の液面上下における前記ポンプの内圧変化により前記液体の液面を検出し、この液面付近に液体吐出位置を設定することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の液体攪拌方法において、前記ノズルの先端が前記容器の容器底に接触する位置を接触式センサにより検出し、容器底部付近に液体吸引位置を設定することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明による液体攪拌装置は、ノズルを加減圧して液体を吸引・吐出させるポンプ機構と、前記ノズルを上下動させるノズル上下動機構とを備え、前記ノズル上下動機構により容器底部付近まで移動させた前記ノズル内に、前記ポンプ機構により液体を吸引させ、前記ノズルを上昇させて液面付近で該液体を吐出するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の液体攪拌装置において、前記ポンプ機構のポンプ内圧を測定する圧力センサを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の液体攪拌装置において、前記ノズル上下動機構に付帯し、前記ノズルの先端が前記容器の容器底に接触する位置を検出する接触式センサを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ディスポーザブルチップを用いて攪拌を行うので、ノズル等の洗浄機構が不要であり、構成の簡素化を図ることができる。また、容量の小さいチップで大きな容量の液体を攪拌可能となる。
装置動作上、ＸＹ方向に駆動しないので動作が単純化され、処理速度が向上する。更に横方向への液撥ねがなくなり、コンタミネーションを有効に防止することができる。
【００１７】
また、攪拌回数の最適化ができるため、攪拌回数が不足して攪拌が不十分となったり、多過ぎて処理時間が無駄になる等の問題が生じない。
ポンプ内圧の圧力波形を測定することで、攪拌し難い成分でも攪拌回数を多く設定すればよく、これにより液体の成分が異なる場合でも有効に対応することができる。
更に、攪拌効率が容器形状（Ｖ型底、Ｕ型底等）に影響されることがない。また、大きな対流を形成する必要がないので、液体内に泡等が発生する心配がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に基づき、本発明における好適な実施の形態を説明する。
図１は、この実施形態における本発明装置の装置構成を示すブロック図である。この実施形態において、複数の吸引元から成分の異なる液体が分注された容器内の液体を攪拌する機能を備えた分注装置１０とし、この例では分注に際して、分注ノズルとしてディスポーザブルチップ１１を使用する。ディスポーザブルチップ１１は、チップフィッティング１２に装着され、基本的には分注毎にチップフィッティング１２から取り外される。このためチップフィッティング１２からディスポーザブルチップ１１を取り外すためのチップリムーバ（図示せず）が配置されている。
【００１９】
図１に示されるようにチップフィッティング１２にはディスポーザブルチップ１１が取り付けられ、このチップフィッティング１２を介してディスポーザブルチップ１１を所望位置に位置決めし、且つ搬送することができる。そのためチップフィッティング１２をワークエリア上で自在に移動させるための搬送機構を有する。この搬送機構は、例えばＸ，Ｙ，Ｚ３軸座標系で移動可能であり、Ｘ，Ｙ軸方向に搬送ガイドするＸ−Ｙ軸駆動機構と、Ｚ軸方向（上下方向）に上下動させるＺ軸駆動機構（ノズル上下動機構）とを持つ。これらの駆動機構は装置の制御部１３の指令によりＸ，Ｙ，Ｚ軸制御部１４を介して駆動制御され、協働してチップフィッティング１２、従ってディスポーザブルチップ１１を適正かつ円滑に搬送することができるように構成される。
【００２０】
また、図１においてチップフィッティング１２にはポンプ１５が接続され、このポンプ１５によってディスポーザブルチップ１１に対する吸引及び吐出が行われる。ポンプ１５は制御部１３の指令によりポンプ駆動部１６を介して駆動制御され、その出力である吸引及び吐出圧力は圧力センサ１７により検出されるようになっている。圧力センサ１７により検出された圧力値は、増幅回路１８によって増幅される。コンパレータ回路１９はその圧力値を、メモリ２０に記憶されたデータをＤＡＣ２１により変換したものと比較し、コンパレータ回路１９の比較結果が判定部２２により判定される。
【００２１】
また、この例では変位式の接触型ジャミングセンサ２３を有し、その出力は増幅回路２４を経てジャミング検出部２５に送出される。この場合、チップフィッティング１２にはジャミングバネ（図示せず）が取り付けられており、このジャミングバネの変位量を測定することによりディスポーザブルチップ１１の先端が対象物に接触したかどうかを判断することができる。なお、変位式ジャミングセンサ２３は０．１〜０．２ｍｍ程度の変位量を検出することが可能である。
【００２２】
本発明装置においてまた、各種データ等の入力部２６や各種情報等の表示部２７が付帯しており、更に装置動作上使用するデータ等を記憶するメモリ２８を内蔵している。
【００２３】
上記構成において、次に本発明装置の作動例を図２、図３及び図４のフローチャートを参照しながら説明する。先ず、ステップＳ１において、チップフィッティング１２にディスポーザブルチップ１１を装着する。ここで、分注装置１０の所定位置には、複数の吸引元から成分の異なる液体が分注された容器１００がセットされており、この容器１００内には液体１０１が分注されている（図２）。次に、ステップＳ２において、Ｘ−Ｙ軸駆動機構によってチップフィッティング１２、従ってディスポーザブルチップ１１が容器１００の上方まで移動され、位置決め保持される。
【００２４】
次に、ステップＳ３において、容器１００内の液体１０１の液面検出が行なわれる。この場合、Ｚ軸駆動機構によりチップフィッティング１２を介してディスポーザブルチップ１１を下降させるが、このときポンプ１５を作動させてディスポーザブルチップ１１内に適度な微少圧力を付与にしておく。この間、圧力センサ１７はポンプ１５の内圧（吐出圧力）を検出している。ディスポーザブルチップ１１の先端（下端）が液体１０１の液面１０１ａに接触すると、圧力センサ１７の検出圧力値が上がり、これによりディスポーザブルチップ１１の先端がその液面１０１ａに達したと判断される。
【００２５】
ここで、本発明では後述するようにディスポーザブルチップ１１を容器１００内に挿入し、容器１００の底部付近でディスポーザブルチップ１１内に液体１０１を吸引し、ディスポーザブルチップ１１を上昇させて液面１０１ａ付近で液体１０１を吐出する。液体吐出位置は、上記のように検出した液面１０１ａに基づき設定される。即ち、図２（ａ）に示すように好適にはディスポーザブルチップ１１の先端が液面１０１ａから離れないように、液面１０１ａ付近に液体吐出位置Ａを設定する。好ましくは液面１０１ａからの距離として、Ａ＝０．５〜１.０ｍｍ程度とし、この数値データはメモリ２８に記憶される（ステップＳ４）。
【００２６】
次に、ステップＳ５において、Ｚ軸駆動機構によりディスポーザブルチップ１１を更に下降させ、ジャミングセンサ２３によってディスポーザブルチップ１１が容器１００の底に接触したかどうかを検出する（ステップＳ６）。即ち、ディスポーザブルチップ１１の下降中にその先端が容器１００の底に接触すると、ジャミングセンサ信号がＯＮし、このＯＮしたタイミングでＺ軸駆動機構を停止させる（ステップＳ７）。ステップＳ８において、この停止位置からディスポーザブルチップ１１を僅かに上昇させ、液体吸引位置Ｂを設定する。ディスポーザブルチップ１１先端の容器１００の底からの距離としては、図２（ｂ）に示すようにＢ＝０．５〜１.０ｍｍ程度とし、この数値データはメモリ２８に記憶される。なお、液体吐出位置Ａ及び液体吸引位置Ｂ間の距離をｈとする。
【００２７】
ステップＳ９において、液体吸引位置Ｂでディスポーザブルチップ１１内へ液体１０１を吸引するが、このとき圧力センサ１７によりポンプ１５の吸引圧力を検出する。通常、容器１００の底部には粘度の高いあるいは比重の大きい液体が溜まっており、この状態で高速で吸引すると粘性圧損のためにポンプ１５の内圧が急激に低下する。この場合、図５に示されるように吸引開始から内圧が低下し（負圧としては大きくなる）、この間にディスポーザブルチップ１１内に所定量の液体１０１が吸引される。
【００２８】
容器１００の底部に粘度等の高い液体成分が存在する場合には、吸引時のポンプ内圧の最小値は小さくなり（負圧としての最大値は大きくなる）、高粘度の液体成分が少なくなるに従ってポンプ内圧の最小値は次第に大きくなる（負圧としては小さくなる）。そこで、吸引時のポンプ内圧の最小値を検出し（ステップＳ１０）、ステップＳ１１において所定の閾値Ｐthと比較して小さい場合（例えば図５の最小圧力値Ｐ1）には、Ｚ軸駆動機構によってディスポーザブルチップ１１を液体吐出位置Ａまで高速で上昇させる（ステップＳ１２）。
【００２９】
ステップＳ１３において、液体吐出位置Ａで図２(ａ)のようにディスポーザブルチップ１１内の液体１０１が、高速で吐出される。容器１００の液体吸引位置Ｂで吸引された粘度の高い、あるいは比重の大きい液体１０１が、液面１０１ａ付近で吐出されるため、容器１００上部の液面１０１ａ寄りに溜まっている液体（粘度の低い、あるいは比重が小さい蒸留水やバッファなどの液体）と混ざり合い、液体１０１の攪拌が進行することで容器１００の底部に溜まる液体の粘度等が低下する。再び、Ｚ軸駆動機構によりディスポーザブルチップ１１を下降させ（ステップＳ１４）、上記と同様に吸引時のポンプ内圧の最小値を検出する。この工程はポンプ内圧の最小値（ピーク圧）が閾値Ｐthを上回るまで継続して行われ、上回った時点（例えば図５の最小圧力値Ｐ2）で実質的に攪拌終了と判断する（ステップＳ１１）。
【００３０】
なお、攪拌をより確実に行うために、ポンプ内圧の最小値が閾値Ｐthを上回った以降においても、図５の時間Ｔ1で示すように数回程度、液体１０１の吸引及び吐出を繰り返すのが効果である。
【００３１】
ここで、上記の攪拌動作における具体的なパラメータを次に示す。この場合、処理時間を短縮し、攪拌効率を上げるためにはＺ軸駆動機構やポンプ１５の動作速度をできるだけ速くするのが好ましい。一方、ポンプ１５の吸引及び吐出動作にディスポーザブルチップ１１内の液体１０１が追従しない程、ポンプ１５の動作速度を高くすると却って攪拌効率が低下してしまうので、この点に留意しなければならない。
【００３２】
攪拌動作パラメータ
吸引・吐出速度（最高速）・・約２００μｌ／ｓｅｃ
吸引・吐出量・・・・・・・・約３０μｌ（ディスポーザブルチップ最大容量）
Ｚ軸上昇・下降距離・・・・・ｈ＝４５ｍｍ
Ｚ軸上昇・下降速度・・・・・約１６０ｍｍ／ｓｅｃ
攪拌液量（最大）・・・・・・１６００μｌ（１．５ｍｌ容器使用時）
攪拌回数・・・・・・・・・・６０回
【００３３】
攪拌終了の場合、ディスポーザブルチップ１１の外側に液滴を残さないために、ステップＳ１５において図５の時間Ｔ2で示すように液体吐出位置Ａまで低速上昇（スローアップ）し、ステップＳ１６において、ディスポーザブルチップ１１内の液体１０１を吐出する。その後、ステップＳ１７において、ディスポーザブルチップ１１内の液体１０１を吐出仕切るまでタイムラグ（図５の時間Ｔ3）を設け、低速上昇して液面１０１ａから離脱させ（ステップＳ１８）、ステップＳ１９においてＺ軸原点まで高速上昇する。そして、ステップＳ２０において、ディスポーザブルチップ１１をＸ−Ｙ軸駆動機構によりチップリムーバまで移動して、チップフィッティング１２からディスポーザブルチップ１１を取り外し（ステップＳ２１）、攪拌動作を終了する。
【００３４】
上述したように本発明では容器１００の下部に溜まった粘度の高い、あるいは比重の大きい液体１０１を、容器１００の上部へ「移動」することで容器１００内の液体１０１が万遍なく攪拌され、液体１０１全体を均一にすることができる。ちなみに、特許文献１あるいは特許文献３等に記載されている技術では、容器内で対流を起こすことで液体を攪拌するようにしている。この場合、十分な対流を起こすためには相当の高速且つ大量の対流が必要になる上、容器の上部と下部の密度差が大きい場合や容器が細長い場合には対流の効果は制限されざるを得ない。これに対して本発明ではかかる対流による攪拌方法に付随する欠点を有効に補うことができる。
【００３５】
以上説明したように十分な攪拌が行われたかどうかを圧力波形で判定するが、これを更に確実にする方法を以下に説明する。先ず、１回の吸引毎にピーク圧を測定し、前回の吸引時のピーク圧との差分を算出し、その値が一定値以下となったとき攪拌完了と判断することもできる。
また、前述したステップＳ４とステップＳ５の間に攪拌の吸引・吐出動作を追加してもよい。この場合、液体吐出位置Ａで攪拌前の粘度が低い、あるいは比重の小さいバッファ等の粘性圧損を調べ、これを基準にしてピーク圧として記憶する。攪拌中、液体吸引位置Ｂにおける攪拌吸引のピークを測定して、このピーク圧が基準のピーク圧にある程度近づいた時点で攪拌完了とすることもできる。
【００３６】
また、ステップＳ１６とステップＳ１７の間に攪拌の吸引・吐出動作を追加してもよい。この場合、液体吐出位置Ａにおける攪拌吸引時のピーク圧を再び閾値（この場合、閾値はＰth−ρｇｈとなる）と比較することにより十分な攪拌が行われたか否かを判断する。液体吸引位置Ｂにおける吸引時のピーク圧と比較して、液体吐出位置Ａにおける吸引時のピーク圧が小さいと、液体の粘度が不均一であり、攪拌が不十分になるので攪拌をやり直すことになる。
【００３７】
更に、攪拌中（ステップＳ９〜ステップＳ１４）液体吐出位置Ａと液体吸引位置Ｂの間の任意のＺ軸方向位置で、攪拌の吸引・吐出動作を行ってもよい。これにより攪拌中に任意の高さで粘性圧損を調べることができ、高さ方向で攪拌の様子を把握することができるようになる。
【００３８】
以上、本発明を種々の実施形態とともに説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
例えば、上記実施形態において説明した具体的数値等は、これらに限定されず必要に応じて適宜変更等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る分注装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における液体吐出位置及び液体吸引位置の関係を示す図である。
【図３】本発明の実施形態における動作例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態における動作例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態における作用を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  分注装置
１１  ディスポーザブルチップ
１２  チップフィッティング
１３  制御部
１４  Ｘ，Ｙ，Ｚ軸制御部
１５  ポンプ
１７  圧力センサ
２０  メモリ
２３  ジャミングセンサ
２５  ジャミング検出部
【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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