JP3994986B2 - 液体分注方法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロプレートなどの容器に設けられた複数の液体収容部に液体を吐出して分注する液体分注方法に関するものである。

創薬スクリーニングなどにおいて行われる物質の生化学的反応の試験には、マイクロプレートなどの容器に液体を吐出する分注操作が行われる。マイクロプレートには、同時に多数のサンプルを対象として試験を行うため、液体収容部であるウェルが複数設けられており、液体の分注に際しては同一のノズルによって多数のウェルを対象として順次液体の吐出を行う場合がある。このような用途に使用される液体分注装置として、液体を吐出する分注ノズルとマイクロプレートとを水平方向に相対移動させ、各ウェルの上方に分注ノズルを順次位置させながら分注を行う構成の分注装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２０００−１９１８４号公報

ところで多数のウェルが設けられたマイクロプレートを対象として効率よく分注作業を実行しようとすれば、分注ノズルから液体をウェルに対して高速で吐出することが望ましい。しかしながら、分注ノズルから高速で液体を吐出する場合には、ノズル先端から下方に吐出される液体の真直性が必ずしも確保されない場合がある。

すなわち、長時間の使用によりノズル先端の欠損や析出物の付着などによってノズル断面形状が不正常になった場合には、液体がノズル先端から方向が斜めにずれた状態で吐出されたり、複数の液滴に飛散した状態で吐出されるなど、正常な吐出が行われない場合がある。そしてこのような場合には、液体が分注対象のウェルに正しく収容されずに隣接するウェルに混入して、分注精度の低下を招く結果となっており、高精度の分注作業を高い作業効率で行うことが困難であった。

そこで本発明は、高精度の分注作業を高い作業効率で行うことができる液体分注方法を提供することを目的とする。

本発明の液体分注方法は、下端部から液体を吐出するノズルと、このノズルに液体を送り込む液体輸送機構と、複数の液体収容部が形成された容器を水平な姿勢で保持する容器保持部と、ベーステーブル上で前記容器保持部を水平方向に移動させる容器水平移動機構と、前記容器保持部を前記ノズルに対して昇降させる容器昇降機構とを備えた液体分注装置によって、前記複数の液体収容部に液体を供給する液体分注方法であって、前記容器水平移動機構を作動させて前記ノズルの下方に液体収容部を位置決めする位置決め工程と、前記容器昇降機構を作動させて前記容器保持部を上昇させることによりノズルの下方に位置決めされた液体収容部内に前記ノズルの下端部を進入させる容器上昇工程と、前記液体輸送機構を作動させて前記ノズルの下端部が液体収容部内に進入したタイミングにてこのノズルから液体を吐出させる液体吐出工程と、前記容器昇降機構を作動させて容器保持部を下降させることにより前記ノズルの下端部を液体収容部から退避させる退避工程とを含み、前記位置決め工程、容器上昇工程、液体吐出工程および退避工程から成る一連の動作を、同一の容器内の複数の異なる液体収容部に対して順次行うものであり、前記一連の動作を、隣接する液体収容部に対して順次行うようにし、且つ一の液体収容部に対する前記位置決め工程が完了する前に前記容器上昇工程を開始し、前記退避工程が完了する前に前記一の液体収容部に隣接する液体収容部に対する位置決め工程を開始する。

本発明によれば、ノズルの下方に位置決めされた液体収容部内にノズルの下端部を進入させ、ノズルの下端部が液体収容部内に進入したタイミングにて液体輸送機構を作動させてこのノズルから液体を吐出させることにより、ノズルから吐出された液体は確実に液体収容部内に捕捉され、したがって液体を外部に漏出させることなく高い分注精度の分注作業を高い作業効率で行うことができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の液体分注装置の斜視図、図２は本発明の一実施の形態の液体分注装置の側断面図、図３は本発明の一実施の形態の液体分注装置の部分断面図、図４は本発明の一実施の形態の液体分注装置の制御系の構成を示すブロック図、図５は本発明の一実施の形態の液体分注装置の動作説明図である。

まず図１、図２を参照して、液体分注装置１の構造を説明する。液体分注装置１は容器に形成された複数の液体収容部に液体を供給する用途に使用される。ここでは、容器として複数の液体収容部であるウェル２０ａが形成されたマイクロプレート２０を対象としており、ウェル列を形成する複数のウェル２０ａに対して、複数のノズル２４によって同時に液体を供給する。このマイクロプレートは、ＳＢＳ規格で定められた標準的なものである。

図１、図２において、ベーステーブル２の上面はテーブル面２ａとなっており、テーブル面２ａ上には２条のガイドレール３がＹ方向に配設されている。ガイドレール３にスライド自在に嵌着したスライダ４は、Ｘ軸テーブル６のフレーム７の下面に固着されており、Ｘ軸テーブル６はＹ方向に移動自在となっている。

テーブル面２ａ上にはＹ軸モータ５Ｍを備えたＹ軸テーブル５が配設されている。図２に示すように、Ｙ軸テーブル５は送りねじ５ａ、ナット５ｂとＹ軸モータ５Ｍとを組合わせた直動機構であり、Ｙ軸モータ５Ｍによって送りねじ５ａを回転駆動することにより、ナット５ｂに結合されたＸ軸テーブル６はＹ方向に移動する。

Ｘ軸テーブル６のフレーム７の上面には、長手方向（Ｘ方向）に沿って開口部７ａが設けられており、開口部７ａの両側にはガイドレール９がＸ方向に配設されている。ガイドレール９にスライド自在に嵌着したスライダ１０は、Ｚ軸テーブル１１のフレーム１１ａの下面に固着されており、フレーム１１ａはガイドレール９に沿ってＸ方向に移動自在となっている。フレーム１１ａの内部には送りねじ６ａ、ナット６ｂとＸ軸モータ６Ｍとを
組み合わせた直動機構が内蔵されており、ナット６ｂは開口部７ａを貫通する連結部材８によってフレーム１１ａの下面に結合されている。Ｘ軸モータ６Ｍによって送りねじ６ａを回転駆動することにより、Ｚ軸テーブル１１はＸ方向に移動する。

図２に示すように、フレーム１１ａ内には、スライドガイド１２が立設されており、スライドガイド１２に上下方向にスライド自在に挿着されたガイドシャフト１３の上部は、容器保持部１７の下面に固着されている。容器保持部１７の上面には、複数のウェル２０ａが形成されたマイクロプレート２０が水平な姿勢で保持されており、マイクロプレート２０はクランプ部材１８ａ、１８ｂによって４方向から挟み込まれてクランプされている。

クランプ部材１８ａ、１８ｂは、クランプ駆動機構（図示省略）によって駆動されて、マイクロプレート２０のセンタリング動作を行う。これにより、容器保持部１７上のマイクロプレート２０は正規位置に位置合わせされた状態で保持される。Ｙ軸テーブル５，Ｘ軸テーブル６を駆動することにより、容器保持部１７は水平面内でＸ方向、Ｙ方向に移動する。したがって、Ｙ軸テーブル５，Ｘ軸テーブル６は、ベーステーブル２上で容器保持部１７を水平方向に移動させる容器水平移動機構となっている。

フレーム１１ａの内部にはＺ軸モータ１１Ｍが配設されており、Ｚ軸モータ１１Ｍは円板カム１４をカム軸１４ａ廻りに回転駆動する。円板カム１４には、連結部材１６を介して容器保持部１７の下面に結合されたカムフォロア１５が上方から当接している。連結部材１６は引張ばね（図示省略）によって下方に付勢されており、Ｚ軸モータ１１Ｍを回転駆動することにより、容器保持部１７は円板カム１４のカム特性に従って昇降動作を行い、以下に説明するノズル２４に対して昇降する。したがって、Ｚ軸テーブル１１は、容器保持部１７をノズル２４に対して昇降させる容器昇降機構となっている。

テーブル面２ａには支柱部材２１が立設されており、支柱部材２１の上端部には水平フレーム２２が水平姿勢で結合されている。水平フレーム２２の上面には、液体吐出部２３が一方側の端部をＸ軸テーブル６の上方に張り出させて載置されている。液体吐出部２３が水平フレーム２２から張り出した端部の下面からは、列状に配列された複数のノズル２４が下方に突出して設けられている。ここで、ノズル２４の配列ピッチは、マスクプレート２０におけるウェル２０ａの配列ピッチと一致している。

ノズル２４は、以下に説明する液体輸送機構から送り込まれた液体を下端部から吐出し、下方に位置するマイクロプレート２０のウェル２０ａに分注する。上記構成において、支柱部材２１、水平フレーム２２は、ノズル２４と液体輸送機構とを支持する支持部材となっており、これらの支持部材はベーステーブル２に固定されている。

図３を参照して、液体吐出部２３の構造を説明する。水平フレーム２２の上面には液体２６を貯溜した液体貯溜部２５が配置されており、液体貯溜部２５内に挿入された吸引管２７には可撓性のチューブ２８が接続されている。チューブ２８はブラケット２９によって支持され、さらにペリスタポンプ３０を通過して下方に配置されたノズルヘッド３２に接続されている。ノズルヘッド３２には、複数のノズル２４が下方に突出して設けられている。なおノズル２４の形態としては、チューブ２８をノズルヘッド３２を貫通して下方に延出させてチューブ２８の端部をノズル２４として用いてもよく、また別部品のノズルをノズルヘッド３２に装着するようにしてもよい。

ペリスタポンプ３０について説明する。ペリスタポンプ３０はポンプ軸３０ａを中心とする回転体３０ｂを備えており、回転体３０ｂには複数のローラ３１が同心円上に配置されている。ローラ３１はポンプ駆動モータ３０Ｍによって回転体３０ｂとともにポンプ軸
３０ａ廻りに回動する。ブラケット２９から導かれたチューブ２８は回転体３０ｂの上部側に位置するローラ３１の外周側を周回してノズルヘッド３２に接続されており、チューブ２８をペリスタポンプ３０にセットした状態では、チューブ２８は自らの張力によりローラ３１に対して外側から押し付けられている。

そしてこの状態でポンプ駆動モータ３０Ｍを回転駆動することにより、矢印方向に回動する複数のローラ３１は順次可撓性のチューブ２８を押しつぶしながら移動し、これによりチューブ２８にはローラ３１によって矢印方向にしごき作用が与えられる。このしごき作用により、チューブ２８内の流体は矢印方向に移送され、ペリスタポンプ３０はチューブ２８内の流体を上流側（左側）から下流側へ移送するポンピング動作を行う。

そしてこのポンピング動作により、チューブ２８は液体貯溜部２５から吸引管２７を介して液体２６を吸引し、吸引した液体２６をノズルヘッド３２に移送してノズル２４に送り込む。すなわち、ノズル２４に液体２６を送り込む液体輸送機構は、ノズル２４に液体を送り込む可撓性のチューブ２８と、このチューブ２８にしごき作用を与えて液体２６をノズル２４に輸送するペリスタポンプ３０とを備えた構成となっている。

次に図４を参照して制御系の構成を説明する。図４において、ポンプ駆動モータ駆動回路４１、Ｘ軸モータ駆動回路４２、Ｙ軸モータ駆動回路４３、Ｚ軸モータ駆動回路４４は、ポンプ駆動モータ３０Ｍ、Ｘ軸モータ６Ｍ、Ｙ軸モータ５ＭおよびＺ軸モータ１１Ｍをそれぞれ駆動する。そしてポンプ駆動モータ駆動回路４１、Ｘ軸モータ駆動回路４２、Ｙ軸モータ駆動回路４３、Ｚ軸モータ駆動回路４４は、制御部４０によって制御される。すなわち制御部４０は、液体輸送機構のポンプ駆動モータ３０Ｍ、容器水平移動機構のＸ軸モータ６Ｍ、Ｙ軸モータ５Ｍおよび容器昇降機構のＺ軸モータ１１Ｍを制御する。

このとき制御部４０に記憶された分注動作プログラム４０ａに従って制御部４０が上記各部の制御を実行することにより、以下に説明する一連の動作が行われる。まず、分注動作プログラム４０ａは、Ｘ軸テーブル５，Ｙ軸テーブル６よりなる容器水平移動機構を作動させてマイクロプレート２０を保持した容器保持部１７を水平移動させることにより、各ノズル２４の下方にウェル２０ａを位置決めする位置決め動作を実行させる。そしてこの位置決め状態で、容器昇降機構であるＺ軸テーブル１１を作動させて容器保持部１７を上昇させることにより、ノズル２４の下方に位置決めされたウェル２０ａ内にノズル２４の下端部を進入させる容器上昇動作を実行させる。

次いで、ノズル２４の下端部がウェル２０ａ内に進入したタイミングにて、液体輸送機構のペリスタポンプ３０を作動させることにより、このノズル２４から液体２６を吐出させる液体吐出動作を実行させる。そして液体吐出動作の後、Ｚ軸テーブル１１を作動させて容器保持部１７を下降させることにより、ノズル２４の下端部をウェル２０ａから退避させる退避動作を実行させる。

１つのマイクロプレート２０を対象とする分注作業においては、上述の位置決め動作、容器上昇動作、液体吐出動作および退避動作を含む一連の動作が、同一のマイクロプレート２０内の複数の異なるウェル２０ａの列に対して順次実行される。制御部４０の演算装置が分注動作プログラム４０ａを実行することにより実現される機能は、上述の位置決め動作、容器上昇動作、液体吐出動作および退避動作を含む一連の動作を実行させる分注動作処理部となっている。すなわち液体分注装置１は、制御部４０に上述機能の分注動作処理部を備えた構成となっている。

この液体分注装置１は上記の様に構成されており、次に図５を参照して、液体分注装置１によってマイクロプレート２０の複数のウェル２０ａに液体を供給する液体分注動作に
ついて説明する。図５（ａ）において、容器保持部１７にはマイクロプレート２０が保持されており、Ｘ軸テーブル５，Ｙ軸テーブル６を作動させて容器保持部１７を水平移動させることにより、各ノズル２４の下方に分注対象となるウェル２０ａを位置決めする（位置決め工程）。

次いで、Ｚ軸テーブル１１を作動させて容器保持部１７を上昇させることによりマイクロプレート２０を上昇させ、図５（ｂ）に示すように、ノズル２４の下方に位置決めされたウェル２０ａにノズル２４の下端部を進入させる（容器上昇工程）。そして液体輸送機構のペリスタポンプ３０を作動させて、ノズル２４の下端部がウェル２０ａ内に進入したタイミングにて、図５（ｃ）に示すように、ノズル２４から液体を吐出させる（液体吐出工程）。

この後、図５（ｄ）に示すように、再びＺ軸テーブル１１を作動させて容器保持部１７を下降させることにより、ノズル２４の下端部をウェル２０ａから退避させる（退避工程）、次いで、再びＸ軸テーブル５を作動させて容器保持部１７をＸ方向に移動させることにより、液体供給が終了したウェル列に隣接するウェル列をノズル２４の下方に位置させ、上述の位置決め工程、容器上昇行程、液体吐出工程および退避工程を当該ウェル列のウェル２０ａに対して実行する。

すなわち本実施の形態に示す液体分注方法においては、位置決め工程、容器上昇行程、液体吐出工程および退避工程から成る一連の動作を、同一のマイクロプレート２０内の隣接するウェル列のウェル２０ａに対して順次行うことにより、１つのマイクロプレート２０の複数の異なるウェル２０ａに対して液体を供給するようにしている。

上記一連の動作において、位置決め工程が完了する前に容器上昇工程を開始して両工程を時間的に一部オーバーラップして行い、また退避工程が完了する前に隣接する次のウェルに対する位置決め工程を開始して両工程を時間的に一部オーバーラップして行うことにより、複数のウェルに対する液体供給を高速に行うことができる。

このような液体分注方法を用いることにより、ノズル２４から液体２６を吐出する液体吐出動作を、ノズル２４の下端部がウェル２０ａ内に進入した状態で行わせることができる。したがって、ノズル２４から液体２６を高速で吐出する場合において、ノズル２４の下端から吐出される液体の真直性が必ずしも確保されない場合にあっても、吐出された液体２６は全て当該ウェル２０ａ内に確実に捕捉収容される。これにより、吐出された液体２６を外部に漏出させることなく、高い分注精度の分注作業を高い作業効率で行うことができる。

本発明の液体分注方法は、液体を外部に漏出させることなく高い分注精度の分注作業を高い作業効率で行うことができるという効果を有し、マイクロプレートなどの容器に設けられた複数の液体収容部に液体を吐出して分注する用途に有用である。

本発明の一実施の形態の液体分注装置の斜視図 本発明の一実施の形態の液体分注装置の側断面図 本発明の一実施の形態の液体分注装置の部分断面図 本発明の一実施の形態の液体分注装置の制御系の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の液体分注装置の動作説明図

符号の説明

１ 液体分注装置
２ ベーステーブル
５ Ｙ軸テーブル
６ Ｘ軸テーブル
１１ Ｚ軸テーブル
１７ 容器保持部
２０ マイクロプレート
２０ａ ウェル
２３ 液体輸送機構
２４ ノズル
２５ 液体貯溜部
２６ 液体
２８ チューブ
３０ ペリスタポンプ

Claims (1)

1. 下端部から液体を吐出するノズルと、このノズルに液体を送り込む液体輸送機構と、複数の液体収容部が形成された容器を水平な姿勢で保持する容器保持部と、ベーステーブル上で前記容器保持部を水平方向に移動させる容器水平移動機構と、前記容器保持部を前記ノズルに対して昇降させる容器昇降機構とを備えた液体分注装置によって、前記複数の液体収容部に液体を供給する液体分注方法であって、
   前記容器水平移動機構を作動させて前記ノズルの下方に液体収容部を位置決めする位置決め工程と、前記容器昇降機構を作動させて前記容器保持部を上昇させることによりノズルの下方に位置決めされた液体収容部内に前記ノズルの下端部を進入させる容器上昇工程と、前記液体輸送機構を作動させて前記ノズルの下端部が液体収容部内に進入したタイミングにてこのノズルから液体を吐出させる液体吐出工程と、前記容器昇降機構を作動させて容器保持部を下降させることにより前記ノズルの下端部を液体収容部から退避させる退避工程とを含み、
   前記位置決め工程、容器上昇工程、液体吐出工程および退避工程から成る一連の動作を、同一の容器内の複数の異なる液体収容部に対して順次行うものであり、前記一連の動作を、隣接する液体収容部に対して順次行うようにし、且つ一の液体収容部に対する前記位置決め工程が完了する前に前記容器上昇工程を開始し、前記退避工程が完了する前に前記一の液体収容部に隣接する液体収容部に対する位置決め工程を開始することを特徴とする液体分注方法。

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