JP3647023B2 - 分注装置及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は分注装置に関し、特に、使用済みノズルチップを一旦保存しておいて再利用する機能を備えた分注装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の分注装置のノズルに関する方式には、大別して、ノン・ディスポーザブル・タイプとディスポーザブル・タイプとがある。前者によれば、分注対象である試薬や試料について相互間のコンタミネーションが問題となり、またそのためにノズル洗浄を行うと、処理効率の問題が生じる。後者によれば、そのような問題を解消できるが、１回の分注ごとに新しいノズルチップを利用するので、廃棄される物量の増大、ランニングコストなどの問題がある。
【０００３】
そこで、使用済みノズルチップを一旦保存しておいて、同じ試薬や試料についての再分注が必要となった場合に、当該使用済みノズルを再利用するタイプの分注装置が提案されている。かかる装置によれば、汚染の問題を回避しつつ、廃棄される物量を最小限に抑えることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようにチップを再利用するタイプの分注装置においては、保存されるノズルチップ内にどうしても液体（試薬、試料）が残存する。これは、チップ内面への付着や液体吸引時のエクセス量（分注精度を高めるための余剰吸引量）などによるものである。そして、その残存液体の乾燥によってノズルチップ先端部に詰まりが生じる場合がある。そのような詰まりが生じたまま次の分注を実行すると、適正な分注を行えなくなり、分注精度上問題が生じる。
【０００５】
ここで、上記の詰まりには、完全に閉塞状態となる場合の他、ノズルチップ先端部の内面に粘性が高くなった残存液体が付着し、それが吸引抵抗原因となる場合などが含まれる。また、次の吸引時に、仮に詰まりが解消されたとしても、吸引量の誤差が生じると、分注精度上問題である。
【０００６】
そこで、退避された各ノズルチップごとに退避時間を管理し、退避時間の長いものを一律に廃棄することも考えられるが、詰まりは、残液量の他、温度、湿度などの環境要因にも左右されるため、そのような時間管理は確実性に欠ける面がある。
【０００７】
なお、使用済みノズルチップの保存前に、残存液を噴き出させることも考えられるが、その場合には分注工程が増加し、動作効率を低下させる。また、噴き出しを適正に行わないと、液体の飛散によるコンタミネーションの問題がある。よって、基本的には、残存液体をそのまま残して使用済みノズルチップが保管される場合が多い。一方、仮に残存液の噴き出しを行う場合でも、チップ内面における液体の濡れ性などから、なおチップ内には残存液が残留してしまう。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、使用済みノズルチップの使用時にその不良を判定し、分注の信頼性を高めることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、使用済みノズルチップを一時的に保持するチップラックと、前記ノズルチップが着脱自在に装着されるノズル基部と、前記ノズル基部に接続され、そのノズル基部に吐出力及び吸引力を伝達する分注駆動部と、を含み、前記使用済みノズルチップを前記チップラックへ退避保存しておき、当該使用済みノズルチップを再利用する機能を備えた分注装置において、前記ノズル基部内の圧力を検出する圧力センサと、前記使用済みノズルチップを前記ノズル基部へ装着する再装着工程の動作制御を遂行する再装着制御手段と、前記再装着工程において前記圧力センサの出力に基づいて前記使用済みノズルチップの不良を判定する判定手段と、を含み、前記再装着制御手段は、前記使用済みノズルチップの前記ノズル基部への装着とともに又はそれに先立って前記ノズル基部の内部を減圧することを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、使用済みノズルチップの再使用に先だって、再装着時にノズル基部内の圧力に基づいて当該ノズルチップの不良を判定できるので、分注精度を保証でき、分注装置の信頼性を高めれられる。その不良としては、例えば、ノズルチップ先端の閉塞（詰まり）、ノズルチップ内における残存液体の粘性の上昇（半詰まり）などをあげることができる。不良判定に当たっては、圧力値、圧力勾配、圧力ピークなどの１又は複数を参照することができる。
【００１１】
望ましくは、前記判定手段は、前記減圧時における前記圧力センサの出力の大きさから前記使用済みノズルチップの不良を判定する。この構成によれば、ノズル基部の内部を減圧すると、ノズル先端開口やノズル内部の残存液の状態などに応じて、検出された圧力が変動（圧力低下）することになるので、それをもって不良を判定可能である。
【００１２】
使用済みノズルチップを再装着する場合、チップ内の残液が装着時の内容積の減少に伴って噴出する可能性があるので、その装着とともに又はそれに先立ってノズル基部の内部を減圧するのが望ましいが、その減圧工程と一緒に上記のノズルチップの不良判定を行えば、処理効率を高められる。
【００１３】
望ましくは、前記判定手段は、前記圧力センサの圧力と基準値とを比較して、前記使用済みノズルチップの不良を判定する。この基準値は後述のように各種条件（例えば、残存液体の粘性などの性状や液量、チップの種類や容積）に応じて可変設定できるように構成するのが望ましい。
【００１４】
望ましくは、前記判定手段は、前記使用済みノズルチップの不良として、チップ先端部における詰まりを判定する。このような詰まりが生じると、大きな分注誤差が発生するので、特に詰まりを検知する必要性が高い。
【００１５】
望ましくは、前記判定手段は、前記使用済みノズルチップ内の液体の残存量に応じて前記基準値を可変設定する。粘性の変化が生じていなくても、残存量に応じて圧力値が変化するので、それに応じて判定のための基準値を可変設定する。
【００１６】
望ましくは、前記再装着制御手段は、前記使用済みノズルチップの不良が判定された場合に、当該使用済みノズルチップの不良に対処する制御を行う。望ましくは、前記不良に対処する制御では当該使用済みノズルチップの廃棄がなされる。この廃棄の後、新しいノズルチップが装着される。
【００１７】
（２）また、上記目的を達成するために、本発明は、再使用が予定される使用済みノズルチップをノズル基部から取り外して退避保存しておく工程と、前記使用済みノズルチップを前記ノズル基部に再装着する工程と、前記再装着時に、前記ノズル基部内の圧力を監視して前記使用済みノズルチップ内の残存液による詰まり不良を判定する工程と、を含み、更に、前記再装着時に前記ノズル基部内の圧力を変化させる工程を含み、前記ノズル基部内の圧力を変化させる工程では、少なくとも装着前から装着完了までの間、前記ノズル基部内が減圧されることを特徴とする。望ましくは、前記ノズル基部内が減圧された状態で前記詰まり不良を判定する工程が実行される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１には、本発明に係る分注装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示す概念図である。この分注装置は、一旦使用されたノズルチップを退避保存しておき、そのような使用済みノズルチップを再利用する機能を備えたものである。もちろん、そのような再利用は基本的に分注対象としての液体が同一である場合に行われる。
【００２１】
図１において、ノズル基部１０は、ノズル搬送部２８によって三次元方向に自在に搬送される。このノズル基部１０は例えばパイプ状の金属部材で構成され、その先端部がチップフィッティング部を構成している。その先端部には例えば樹脂などで構成されるノズルチップ１２が着脱自在に装着される。具体的には、ノズルチップ１２の上端開口部にノズル基部１０の先端部が装着される。図１においては、特にノズルチップ１２として退避保存された使用済みノズルチップ（退避チップ）が示されている。当該ノズルチップ１２内には前回の分注で残存した液体８が含まれている。このような残存した液体は、前回の分注時に余剰吸引されたエクセス量に相当する場合やチップ内面に付着した液体である場合などが考えられる。
【００２２】
図１において、チップラック１４は、使用済みノズルチップを退避保存するためのものであり、使用済みノズルチップ１２は当該チップラック１４上に保持されている。すなわち、前回の分注が完了した状態において、ノズル基部１０が搬送され、ノズルチップ１２がチップラック１４に保持された状態で図示されていないチップリムーバなどの作用によってノズルチップ１２がノズル基部１０から取り外される。
【００２３】
ちなみに、図１において符号１５は新品のノズルチップを保持しているチップラックを表している。もちろん、同一のチップラック上に新品のノズルチップ及び使用済みノズルチップを保持管理するようにしてもよい。後述する制御部３６は、各ノズルチップの性質（新品か使用済みか）や分注する液体の種類に対応するその保持位置などを管理している。ちなみに、分注装置には液体としての試薬や試料を収容した容器あるいは使用済みチップが廃棄される廃棄トレイなどが設けられているが図示省略されている。
【００２４】
ノズル基部１０の上端部にはエアチューブ１６の一方端が接続されており、その下方端は分注ポンプ１８に接続されている。この分注ポンプ１８は本実施形態においてシリンジ２０及びピストン２２によって構成される。シリンジ２０内におけるピストン２２の位置を進退させることにより、吸引力あるいは吐出力が発揮される。この分注ポンプ１８の動作はポンプ駆動部２６を介して制御部３６によって制御されている。
【００２５】
エアチューブ１６には分岐部が形成され、その分岐部に圧力センサ２４が接続されている。この圧力センサ２４はノズル基部１０内の圧力を間接的に検出するための検出器である。もちろん、ノズル基部１０に対して直接的に圧力センサ２４を設けるようにしてもよいし、分注ポンプ１８に圧力センサ２４を設けるようにしてもよい。この圧力センサ２４の検出信号はセンサ信号出力回路３０を介して比較器３２に出力されている。
【００２６】
比較器３２は、圧力センサ２４によって検出された圧力値を所定の基準値と比較し、圧力値が基準値を下回った場合を判断するための手段である。その比較結果は制御部３６に出力されている。制御部３６は比較器３２の比較結果に基づき詰まりやチップ不良を判定し、必要に応じて、使用済みノズルチップの廃棄・交換や外部へのアラーム出力などを制御する。もちろん、必要に応じて詰まりを解消させる洗浄動作などを行うようにしてもよい。
【００２７】
メモリ３４内には各種の条件に応じた複数の基準値が格納されており、制御部３６の選択によっていずれかの基準値がメモリ３４から出力されている。例えば、液体８の粘性や残存量、ノズルチップ１２の形態や種類（大きさを含む）、温度や湿度などを環境条件、などの条件に応じて上記の基準値を選択するのが望ましい。
【００２８】
図２には、詰まり検出原理が示されている。符号２００はノズル基部１０の下降動作期間を示しており、使用済みノズルチップの上方からノズル基部１０が下方へ引き下ろされ、その先端部やノズルチップ１２の上部開口内に圧入される。一方、符号２０２は吸引動作期間を表しており、ノズル基部１０へのノズルチップ１２の装着時に吸引動作が開始され、両者が嵌合状態におかれた後もその吸引状態が一定時間にわたって維持される。
【００２９】
ここで、圧力波形を見ると、符号１００で示される正常なノズルチップの場合には、吸引に伴いノズル基部１０内の圧力は大気圧から減圧されるが、その減圧自体はあまり大きくはなく、吸引動作期間２０２の完了の後にその圧力は大気圧にまもなく復帰する。一方、残存した液体の粘性が高まったような場合、符号１０２で示すような半詰まり状態を示す圧力波形が得られることになる。すなわち、吸引の開始から急峻な減圧曲線が形成され、正常状態（符号１００参照）に比べてその圧力の負のピークが増大する。さらに、符号１０４で示す詰まり状態においては、吸引開始直後から圧力波形が急峻に減圧方向に傾き、吸引動作が完了した後においてもノズル基部１０内の減圧状態が低い値に維持されることになる。そこで、本実施形態においては、所定の基準値１０６と圧力値とを比較し、その基準値１０６を圧力値を下回った場合に使用済みノズルチップの不良を判定する。上記のように、この基準値１０６は各種の条件に応じて可変設定するのが望ましい。
【００３０】
ちなみに、使用済みノズルチップ１２へのノズル基部１０の装着前から吸引動作を開始すれば、その装着の際における内容積の減少に伴う液体の噴出といった問題を未然に回避することが可能である。よって、実際に嵌合する前から吸引動作を開始させ、それに伴って圧力波形を監視し、その圧力波形が基準値１０６を下回るような場合にチップ不良を判定すれば、液体の噴出の未然防止とチップ不良の検出とを同時に達成することが可能となる。
【００３１】
なお、複数の基準値を段階的に設定しておけば、詰まり状態を弁別することが可能であり、例えば半詰まり、完全詰まりなどを識別することが可能となる。
【００３２】
図３には、分注量と使用済みノズルチップ（退避チップ）装着時におけるチップ内の圧力最小値との関係（相関）が示されている。図において横軸はデータの番号を示しており、ここで、データの番号は１番から５０番まである。縦軸の内左の縦軸は目標分注量４０μｌに対する実際の分注量を表している。つまり、チップ内に詰まりなどが存在すると、液体を所定量吸引し、それを吐出する場合においても、最初の吸引時に目標吸引量を吸引することができず、結果として吐出量にズレが生じてしまうのである。
【００３３】
図３における右側の縦軸は使用済みチップ取付時におけるノズルチップ内の圧力最小値を示している。
【００３４】
図３に示されるように、退避時間に関わらず、分注量と圧力最小値との間には密接な相関関係があることが理解できる。特に、退避時間が長くなると、詰まりが発生しやすくなり、その結果実際の分注量が低下するという問題がある。そのような現象が生じると、圧力最小値も低くなることになり、よって、そのような圧力最小値ないしは圧力値自体を監視すれば、目標分注量に対する実際分注量のズレ、すなわち分注誤差を未然に検出できるという利点がある。図３に示すような関係にしたがって基準値を考えると、例えば基準値を１５００ｐａなどに設定することもできる。
【００３５】
以上説明した分注装置の全体動作について説明すると、まず、ある液体についての分注を行う場合には、最初にチップラック１５上から新品のノズルチップがノズル基部１０に装着され、液体の分注が遂行される。そして、次の液体についての分注を行う前に、ノズル基部１０に装着されたノズルチップ１２がチップラック１４上に移され、その後ノズルチップ１２に新たにノズルチップが装着されて別の液体についての分注が遂行される。その直後あるいは複数の液体の分注後、使用済みノズルチップ内に残存した液体と同一の液体の分注を行う場合には、ノズルチップ１２に使用済みノズルチップ１２が再び装着される。その装着時においては、図２に示したように、吸引動作が実行され、その吸引動作の期間あるいはその前後を含めてノズル基部１０内の圧力が監視される。
【００３６】
その場合において、圧力曲線が異常傾向を示せば、当該傾向をもって使用済みノズルチップの不良詰まり内部におけるあるいは先端における詰まりを判定することが可能である。そのような判定がなされたならば、その使用済みノズルチップは分注に使用せず廃棄されることになる。その一方、圧力曲線の監視によっても異常が検出されなければ、当該使用済みノズルチップが分注に再利用されることになる。そして、必要に応じて当該ノズルチップが再びチップラック１４上に退避保存され、必要に応じてまたそのノズルチップが再利用されることになる。
【００３７】
以上の実施形態によれば、使用済みノズルチップ内に液体が残存しており、その液体が固化あるいは半固化することによって次の分注に支障が生じるような場合には、ノズル基部１０内の圧力をモニタすることによって当該異常を事前に察知し、分注誤差の発生を未然に防止できるという利点がある。上記の実施形態においては、各時刻の圧力値と基準値との比較が行われていたが、例えば図３から理解できるように、圧力最小値と基準値を比較することも可能であり、また圧力の勾配すなわち圧力曲線の傾きと所定の傾き基準値とを比較することによって使用済みノズルチップの異常を判定するようにしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、使用済みノズルチップを再利用する場合において異常を検出し、分注誤差を回避できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る分注装置の好適な実施形態を示す概念図である。
【図２】 ノズルの詰まり検出の原理を説明するための図である。
【図３】 実際の分注量と圧力最小値との関係を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ ノズル基部、１２ ノズルチップ（使用済みノズルチップ）、１４，１５ チップラック、１６ エアチューブ、１８ 分注ポンプ、２０ シリンジ、２２ ピストン、２４ 圧力センサ、３２ 比較器、３４ メモリ、３６ 制御部。

Claims (9)

1. 使用済みノズルチップを一時的に保持するチップラックと、
   前記ノズルチップが着脱自在に装着されるノズル基部と、
   前記ノズル基部に接続され、そのノズル基部に吐出力及び吸引力を伝達する分注駆動部と、
   を含み、
   前記使用済みノズルチップを前記チップラックへ退避保存しておき、当該使用済みノズルチップを再利用する機能を備えた分注装置において、
   前記ノズル基部内の圧力を検出する圧力センサと、
   前記使用済みノズルチップを前記ノズル基部へ装着する再装着工程の動作制御を遂行する再装着制御手段と、
   前記再装着工程において前記圧力センサの出力に基づいて前記使用済みノズルチップの不良を判定する判定手段と、
   を含み、
   前記再装着制御手段は、前記使用済みノズルチップの前記ノズル基部への装着とともに又はそれに先立って前記ノズル基部の内部を減圧することを特徴とする分注装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   前記判定手段は、前記減圧時における前記圧力センサの出力の大きさから前記使用済みノズルチップの不良を判定することを特徴とする分注装置。
3. 請求項２記載の装置において、
   前記判定手段は、前記圧力センサの圧力と基準値とを比較して、前記使用済みノズルチップの不良を判定することを特徴とする分注装置。
4. 請求項３記載の装置において、
   前記判定手段は、前記使用済みノズルチップの不良として、チップ先端部における詰まりを判定することを特徴とする分注装置。
5. 請求項３記載の装置において、
   前記判定手段は、前記使用済みノズルチップ内の液体の残存量に応じて前記基準値を可変設定することを特徴とする分注装置。
6. 請求項１記載の装置において、
   前記再装着制御手段は、前記使用済みノズルチップの不良が判定された場合に、当該使用済みノズルチップの不良に対処する制御を行うことを特徴とする分注装置。
7. 請求項６記載の装置において、
   前記不良に対処する制御では当該使用済みノズルチップの廃棄がなされることを特徴とする分注装置。
8. 再使用が予定される使用済みノズルチップをノズル基部から取り外して退避保存しておく工程と、
   前記使用済みノズルチップを前記ノズル基部に再装着する工程と、
   前記再装着時に、前記ノズル基部内の圧力を監視して前記使用済みノズルチップ内の残存液による詰まり不良を判定する工程と、
   を含み、
   更に、前記再装着時に前記ノズル基部内の圧力を変化させる工程を含み、
   前記ノズル基部内の圧力を変化させる工程では、少なくとも装着前から装着完了までの間、前記ノズル基部内が減圧されることを特徴とする分注方法。
9. 請求項７記載の方法において、
   前記ノズル基部内が減圧された状態で前記詰まり不良を判定する工程が実行されることを特徴とする分注方法。

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