JP7029135B2 - 薬剤感受性試験用接種機 - Google Patents

Description

本発明は、薬剤感受性試験用接種機に関する。

例えば、病院等では、検出された病原菌の抗菌薬に対する感受性を調べるために薬剤感受性試験が行われる。薬剤感受性試験では、一般的に微量液体希釈法やディスク拡散法が適用される。微量液体希釈法は検査対象菌を生理食塩水等に一定量懸濁した菌液を用いる。この菌液を液体培地に接種し混合した液体試料を、目的とする抗菌薬を各ウェルに乾燥状態で保持したマイクロプレートの各ウェルに分注し、規程時間培養後に判定を行う。この微量液体希釈法に関する一連の作業において、液体試料をマイクロプレートに規定量分注する作業を精度良く、効率的に処理するために自動分注装置が利用される。分注装置として、特許文献１に記載のものがある。この分注装置は、液状試料を吸引して一時的に貯留し、貯留した液状試料を吐出する筒状のチップと、チップを保持して水平方向に移動可能なヘッドと、を備えている。特許文献１に記載の分注装置には、チップの有無を検出するチップ検出手段が設けられている。

特開２００５－２２１４６９号公報

薬剤感受性試験では、試験効率を向上させるために、従来よりも容量が大きなチップを使用することが検討されている。チップに吸引された液体試料は、マイクロプレートに設けられた複数のウェルに対してそれぞれ分注される。本発明は、従来と比較して小さく接近して配置された複数のウェルに対して、大型化されたチップを用いて、確実に分注を行うことが可能な薬剤感受性試験用接種機を提供することを目的とする。

本発明の薬剤感受性試験用接種機は、吐出口を有するチップを着脱可能に保持し、液体試料を吸引すると共に、吸引した液体試料を、吐出口を通じて吐出する分注ヘッドと、分注ヘッドを移動させる移動機構と、分注ヘッドに対する吐出口の位置を検出する検出部と、検出部で検出された吐出口の位置に基づいて、液体試料の吐出先に対する吐出口の相対位置を設定する制御部と、を備える。

この薬剤感受性試験用接種機では、分注ヘッドに対するチップの吐出口の位置を検出し、検出された吐出口の位置に基づいて、吐出先に対するチップの吐出口の相対位置を設定することができるので、従来と比較して小さく接近して配置された吐出先であるウェルに対して確実に分注を行うことができる。また、従来と比較して容量が大きなチップは、上下方向に長くなり、取り付け位置がずれると、チップの下端部の吐出口の位置ズレの影響が大きくなる。しかしながら、薬剤感受性試験用接種機では、吐出口の位置を検出して、吐出口の相対位置を設定できるので、大型化されたチップを用いて吐出先に対して確実に分注を行うことができる。

また、検出部は、水平方向における吐出口の位置を検出し、制御部は、検出部で検出された吐出口の水平方向における位置に基づいて、吐出先に対する吐出口の相対位置を設定することが好適である。これにより、水平方向における吐出口の相対位置が設定されるので、吐出先のウェルに隣接する他のウェルに液体試料が混入することが防止される。

また、検出部は、平面視において、未使用のチップを保管するチップ保管部の位置と、液体試料を吸引する吸引位置との間に配置されていることが好ましい。これにより、未使用のチップを分注ヘッドに取り付けた後、分注ヘッドを吸引位置まで移動させる際に、チップの吐出口の位置を検出することができる。そのため、分注ヘッドの移動経路の延長が抑制され、試験効率の低下が防止される。

本発明の薬剤感受性試験用接種機によれば、従来と比較して小さく接近して配置された複数の吐出先に対して、大型化されたチップを用いて、確実に分注を行うことができる。また、この薬剤感受性試験用接種機では、大型化されたチップを使用することができるので、試験効率の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態の薬剤感受性試験用接種機を示す斜視図である。 薬剤感受性試験用接種機の正面図である。 薬剤感受性試験用接種機の平面図である。 マイクロプレートを示す平面図である。 チップ及びマイクロプレートを示す図である。 検出センサに対するチップの移動経路を示す平面図である。 制御ユニットを示すブロック構成図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１～図３に示される薬剤感受性試験用接種機１は、薬剤感受性試験において、ディスポーザブルのチップ２を用いて吸引した液体試料を図４及び図５に示すマイクロプレート３の複数のウェル４に分注する自動分注機である。薬剤感受性試験では、菌液に触れるマイクロプレート３は、使用前において無菌である必要があるので、１回の使用後、廃棄される。以下の説明において、薬剤感受性試験用接種機１を接種機１と記載する。接種機１は、箱形の筐体５を有する。接種機１では、筐体５の内部において菌液の接種及び液体試料の分注が行われる。なお、図１～図３及び図５において、直交する３方向を、奥行方向Ｘ、幅方向Ｙ、上下方向Ｚとして図示する。

筐体５の正面には開閉扉６が設けられている。開閉扉６は、例えば透明板を含み、開閉扉６が閉じている状態において、外部から筐体５内が視認可能となっている。また、筐体５の天板の一部も同様に透明板から形成されて、外部から筐体５内が視認可能となっている。また、筐体５の正面には、接種機１の操作を行うためのタッチパネル７が設けられている。使用者は、タッチパネル７を操作して、動作開始、停止など各種操作を行うことができる。また、筐体５の側板８には、電源ボタン９が設けられている。使用者は、電源ボタン９を押して、接種機１の電源ＯＮ／ＯＦＦを行うことができる。

筐体５の内部には、菌液・ブロスラック４０が設置されるターンテーブル１０、分注前のマイクロプレート３が配置されるプレート供給スタッカー１１、分注後のマイクロプレート３が配置されるプレート回収スタッカー１２、使用前のチップ２が配置されるチップラック１３、使用後のチップ２が配置される廃棄チップラック１４等が設けられている。ターンテーブル１０に設置された菌液・ブロスラック４０には、菌液を貯留する菌液容器４１、及び液体培地（ブロス）を貯留する液体培地容器４２が配置されている。ターンテーブル１０の径方向において例えば外周側に液体培地容器４２が配置され、内周側に菌液容器４１が配置されている。

図３に示されるように、ターンテーブル１０は、幅方向Ｙにおいて、中央より右側に配置され、開閉扉６の背面付近に配置されている。プレート供給スタッカー１１及びプレート回収スタッカー１２は、奥行方向Ｘにおいてターンテーブル１０より奥側であり、幅方向Ｙにおいて中央より右側に配置されている。プレート供給スタッカー１１及びプレート回収スタッカー１２は、奥行方向Ｘに並んで配置され、プレート供給スタッカー１１は、プレート回収スタッカー１２より奥側に配置されている。

廃棄チップラック１４は、幅方向Ｙにおいて中央より左側に配置され、開閉扉６の背面付近に配置されている。廃棄チップラック１４及びターンテーブル１０は、幅方向Ｙに隣り合って配置されている。チップラック１３は、奥行方向Ｘに並んで複数（例えば２箇所）設けられている。チップラック１３は、奥行方向Ｘにおいて、廃棄チップラック１４より奥側に配置されている。例えば、奥側のチップラック１３及びプレート回収スタッカー１２は、奥行方向Ｘにおいて対応する位置に配置されている。

図４及び図５に示されるように、マイクロプレート３には、複数のウェル４が設けられている。ウェル４は、下方に窪む凹部であり、液体試料が分注される収容部である。ウェル４は、平面視において例えば矩形を成している。複数のウェル４には、それぞれ種類が異なる抗菌薬が異なる濃度で保持されている。１枚のマイクロプレート３には、例えば、１９２個のウェル４が設けられている。ウェル４の開口の大きさは、例えば、縦３．７ｍｍ×横３．７ｍｍである。また、隣接するウェル４同士の境界壁の厚さ（ウェル４同士の間隔）は、例えば０．８ｍｍである。

マイクロプレート３は、図５に示されるようにテーブル１５に載置されて、奥行方向Ｘ及び幅方向Ｙに移動可能である。テーブル１５を移動させるためのテーブル移動機構（図７参照）１６は、例えば、ステッピングモータ、ガイドレール、動力伝達機構等を有する。

接種機１は、チップ２を着脱可能に保持する分注ヘッド１７と、分注ヘッド１７を移動させるヘッド移動機構（図７参照）１８と、を備えている。チップ２は、略円筒状を成し、下端２ａに向かうにつれて、内径が小さくなるように先細り形状を成している。チップ２の下端２ａの開口部は、吸入口及び吐出口として利用される。チップ２の下端２ａの外径は、例えば１．８ｍｍである。チップ２の内部空間は、液体試料を貯留する貯留部として利用される。チップ２の容量は、例えば３０００μＬである。下端２ａの開口部から吸入された液体試料は、チップ２の内部に一時的に貯留され、チップ２の内部に貯留された液体試料は、下端２ａの開口部を通じて吐出されて、ウェル４に分注される。

分注ヘッド１７には、チップ２が嵌合されるノズル１９が設けられている。また、分注ヘッド１７には、液体試料の吸入及び吐出を行うためのポンプ（図７参照）２０が内蔵されている。

ヘッド移動機構１８は、分注ヘッド１７を奥行方向Ｘ、幅方向Ｙ、上下方向Ｚに移動させるものである。ヘッド移動機構１８は、図１及び図２に示されるように、例えば、ステッピングモータ２１、ガイドレール２２、動力伝達ベルト２３、ボールねじ等を有する。ヘッド移動機構１８は、分注ヘッド１７と共に、分注ヘッド１７のノズル１９に取り付けられたチップ２を移動させる。奥行方向Ｘ及び幅方向Ｙについては、例えば動力伝達ベルトを用いて分注ヘッド１７を移動させることができる。上下方向Ｚについては例えばボールねじを用いてノズル１９を昇降させることができる。

ここで、接種機１は、分注ヘッド１７に取り付けられたチップ２の曲がりを検出するチップ曲がり検出センサ（検出部）２４を備えている。以下、チップ曲がり検出センサ２４を検出センサ２４と記載する。検出センサ２４は、例えば奥行方向Ｘにおいて手前側のチップラック１３の右側に配置されている。この検出センサ２４は、幅方向Ｙにおいて、例えば、チップラック１３と、プレート回収スタッカー１２との間の領域に配置されている。この検出センサ２４は、奥行方向Ｘにおいて、ターンテーブル１０の位置と、テーブル１５の位置との間に、配置されている。換言すると、検出センサ２４は、チップラック１３からターンテーブル１０に向かって移動するチップ２の移動経路に対応する位置に配置されている。検出センサ２４は、分注ヘッド１７に取り付けられたチップ２の通過位置を検出することで、例えば図５に示す基準線Ｌ１９に対するチップ２の曲がりを検出する。基準線Ｌ１９は、例えば、ノズル１９の軸線に沿って上下方向Ｚに沿って延在する仮想の直線である。

検出センサ２４は、図６に示されるように、レーザＲ１，Ｒ２を出射する投光部２５及び出射されたレーザＲ１，Ｒ２を受光する受光部２６を有する。投光部２５及び受光部２６は、例えば２組設けられている。出射されたレーザＲ１，Ｒ２が、平面視において互いに交差するように、投光部２５及び受光部２６が配置されている。また、図６では、チップ２の下端２ａの通過経路Ｌ１の一例を図示している。また、検出センサ２４は、チップ２の上下方向Ｚの位置を検出してもよい。検出センサ２４は、チップ２の上下方向Ｚの位置として、例えばチップ２の下端２ａの位置を検出してもよい。検出センサ２４は、その他の構成のものでもよく、分注ヘッド１７の基準の位置に対するチップ２の下端２ａの開口部の位置を検出可能であればよい。分注ヘッド１７の基準の位置は、分注ヘッド１７を位置決めする際に利用される基準の位置とすることができる。

接種機１は、図７に示されるように、接種機１の動作を司る制御ユニット２７を備えている。制御ユニット２７は、例えば筐体５の内部において背面側の領域に配置されている。制御ユニット２７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、およびＲＡＭ(Random Access Memory)等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアとから構成されたコンピュータである。制御ユニット２７は、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などを含む。制御ユニット２７は、例えば、タッチパネル７、検出センサ２４、ヘッド移動機構１８、テーブル移動機構１６、ポンプ２０等と電気的に接続されている。

制御ユニット２７は、制御部２８、位置ずれ検出部２９、座標補正部３０、記憶部３１等を含む。制御部２８は、ヘッド移動機構１８、テーブル移動機構１６及びポンプ２０に指令信号を出力し、各種ステッピングモータ及びポンプ２０を駆動して、分注ヘッド１７、テーブル１５及びポンプ２０の動作を制御する。位置ずれ検出部２９は、検出センサ２４から出力された信号を受信して、チップ２の曲がり、位置ずれ等を検出する。座標補正部３０は、チップ２の位置ずれに応じた分注座標の補正を行う。この分注座標とは、例えば分注する際の分注ヘッド１７の基準の位置の座標である。座標補正部３０は、水平方向（奥行方向Ｘ及び幅方向Ｙ）における分注座標の補正を行う。また、座標補正部３０は、上下方向Ｚにおけるチップ２の位置ずれに基づいて、上下方向Ｚの座標を補正することができる。記憶部３１は、各種情報を記憶する。記憶部３１は、例えば、分注ヘッド１７の基準線Ｌ１９及び基準となる移動経路に関する情報、分注座標に関する情報等を記憶する。

次に、接種機１の動作について説明する。接種機１では、分注ヘッド１７をチップラック１３の上方まで移動させ、ノズル１９を降下させて、チップ２をノズル１９に嵌合する。接種機１は、チップ２が取り付けられたノズル１９を上昇させた後、分注ヘッド１７をターンテーブル１０の対応する位置まで移動させる。

接種機１では、分注ヘッド１７をチップラック１３からターンテーブル１０まで移動させる際に、検出センサ２４上を分注ヘッド１７及びチップ２が通過するように移動させる。検出センサ２４は、チップ２の移動経路を検出する。検出されたチップ２の移動経路に関する情報は、制御ユニット２７に入力される。制御ユニット２７の位置ずれ検出部２９は、チップ２の移動経路に基づいて、チップ２の曲がり、位置ずれを検出する。座標補正部３０は、検出されたチップ２の曲がり、位置ずれに基づいて、分注ヘッド１７の分注座標を補正して、チップ２の下端２ａの開口の位置を調整する。補正された分注座標に関する情報は、例えば記憶部３１に記憶される。

接種機１は、分注ヘッド１７をターンテーブル１０上の菌液容器４１の上方まで移動させた後、ノズル１９を降下させ、ポンプ２０を駆動させて、菌液容器４１内の菌液を吸引する。吸引された菌液は、チップ２内に貯留される。接種機１は、ノズル１９を上昇させ、分注ヘッド１７を液体培地容器４２の上方まで移動させた後、ノズル１９を降下させ、ポンプ２０を駆動させて、液体培地容器４２内に菌液を吐出する。これにより、液体培地容器４２の内部には、菌液及び液体培地の混合物である液体試料が貯留された状態となる。接種機１は、ポンプ２０を駆動させて、液体培地容器４２内の液体試料のチップ２への吸引、及びチップ２内の液体試料の液体培地容器４２への吐出を繰り返し、菌液及び液体培地を撹拌する。これにより、菌液を液体培地に接種する接種工程が行われる。

菌液及び液体培地を撹拌した後、接種機１は、液体培地容器４２内の液体試料を吸引する。吸引された液体試料は、チップ２内に貯留される。接種機１は、ノズル１９を上昇させ、分注ヘッド１７を所定の位置まで移動させる。また、接種機１では、テーブル１５を駆動して、未使用のマイクロプレート３をプレート供給スタッカー１１から、分注が行われる所定の位置まで搬送する。

次に、接種機１は、マイクロプレート３の各ウェル４に対して、チップ２内の液体試料を分注する。このとき、テーブル移動機構１６はテーブル１５を移動させて、マイクロプレート３を移動させることにより、液体試料の分注位置に順次別のウェル４を供給し、ヘッド移動機構１８はノズル１９及びチップ２を降下させる。ポンプ２０は、チップ２内の液体試料を吐出してウェル４に分注する。液体試料をウェル４に分注したあと、他のウェル４に液体試料を分注するために、マイクロプレート３を移動させる。接種機１はこれらの動作を繰り返し、マイクロプレート３の全てのウェル４に液体試料を分注する。

マイクロプレート３の全てのウェル４に液体試料を分注したあと、テーブル移動機構１６は、マイクロプレート３をプレート回収スタッカー１２まで搬送する。液体試料が分注された後のマイクロプレート３は、プレート回収スタッカー１２に一時的に保管される。

また、ヘッド移動機構１８は、分注ヘッド１７を廃棄チップラック１４の上方まで移動させ、ノズル１９を降下させて、チップ２を取り外す。ノズル１９から取り外されたチップ２は、廃棄チップラック１４に順次回収される。接種機１は、これらを繰り返し、複数のマイクロプレート３についてそれぞれ液体試料を分注する。マイクロプレート３に分注された液体試料は、規定時間培養され、抗菌薬に対する感受性が判定される。

このような接種機１では、分注ヘッド１７に対するチップ２の下端２ａの開口（吐出口）の位置を検出し、検出された下端２ａの開口の位置に基づいて、吐出先（ウェル４）に対するチップ２の下端２ａの相対位置を設定し、分注座標を補正することができる。そのため、従来と比較して小さく接近して配置されたウェル４に対して確実に分注を行うことができる。また、従来と比較して容量が大きなチップ２は、上下方向Ｚに長くなり、取り付け位置がずれると、チップ２の下端２ａの開口の位置の影響が大きくなる。しかしながら、接種機１では、下端２ａの開口の位置を把握して、分注座標を補正できるので、大型化されたチップ２を用いて吐出先のウェル４に対して確実に分注を行うことができる。その結果、接種機１では、作業効率の向上を図ることができる。また、接種機１では、従来と比較して小型化されたマイクロプレート３を使用することができるので、１回の利用で廃棄されるマイクロプレート３の減容化を図ることができ、廃棄コストを抑制することができる。また、この接種機１では、ウェル４が接近して配置され小型化されたマイクロプレート３を使用することができるので、作業スペースの削減及び装置設置面積削減を図ることができる。この接種機１によれば、全体として分注速度向上させて、作業時間の短縮を図ることができる。

接種機１では、水平方向におけるチップ２の下端２ａの開口位置を検出して、分注座標を補正することができるので、吐出先のウェル４に隣接する他のウェル４に液体試料が混入することが防止される。また、接種機１では、チップ２の下端２ａの上下方向Ｚにおける分注位置を補正することができるので、試験条件の均一化を図ることができる。

また、接種機１では、チップラック（チップ保管部）１３とターンテーブル（吸引位置）１０とを結ぶ移動経路に、検出センサ２４が配置されているので、未使用のチップ２を分注ヘッド１７のノズル１９に取り付けた後、分注ヘッド１７を吸引位置まで移動させる際に、チップ２の下端２ａの開口の位置を検出することができる。そのため、チップ２の曲がりを検出するために、分注ヘッド１７の移動経路を延長する必要がなく、接種機１における動作時間の延長を防止できる。その結果、全体としての試験時間の延長を防止できる。

本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で下記のような種々の変形が可能である。上記の実施形態では、テーブル１５及びマイクロプレート３を移動させて、分注を行っているが、テーブル１５及びマイクロプレート３を静止状態として、分注ヘッド１７を移動させて、チップ２を分注位置に移動させてもよい。また、上記の実施形態では、分注ヘッド１７の分注座標を補正しているが、テーブル１５の分注位置の座標を補正してもよい。また、上記の実施形態では、従来と比較して小型化されたマイクロプレート３を用いているが、従来の大きさのマイクロプレートを使用することもできる。また、上記の実施形態では、１つのチップ２を用いて分注を行っているが、複数のチップ２を用いて複数のウェル４に対して同時に分注を行ってもよい。

また、上記の実施形態では、未使用のチップ２を保管するチップラック１３と、液体試料を吸引する吸引位置であるターンテーブル１０とを結ぶ移動経路上に検出センサ２４が配置されているが、検出センサ２４は、その他の位置に配置されていてもよい。例えば、液体試料を吸引する吸引位置と、液体試料をウェル４に対して吐出する位置とを結ぶ移動経路上に検出センサ２４が配置されている構成でもよい。

１…接種機（薬剤感受性試験用接種機）、２…チップ、２ａ…下端（吐出口）、３…マイクロプレート、４…ウェル、１０…ターンテーブル（吸引位置）、１３…チップラック（チップ保管部）、１７…分注ヘッド、１８…ヘッド移動機構、２４…検出センサ（検出部）、２７…制御ユニット、２８…制御部。

Claims (3)

1. 吐出口を有するチップを着脱可能に保持し、液体試料を吸引すると共に、吸引した前記液体試料を、前記吐出口を通じて吐出する分注ヘッドと、
   前記分注ヘッドを移動させる移動機構と、
   前記分注ヘッドに対する前記吐出口の位置を検出する検出部と、
   前記検出部で検出された前記吐出口の位置に基づいて、前記液体試料の吐出先に対する前記吐出口の相対位置を設定する制御部と、を備え、
   前記検出部は、平面視において、未使用の前記チップを保管するチップ保管部の位置と、前記液体試料を吸引する吸引位置との間、且つ、前記吸引位置と、前記液体試料を吐出する吐出位置との間に配置されている、薬剤感受性試験用接種機。
2. 前記検出部は、水平方向における前記吐出口の位置を検出し、
   前記制御部は、前記検出部で検出された前記吐出口の水平方向における位置に基づいて、前記吐出先に対する前記吐出口の相対位置を設定する請求項１に記載の薬剤感受性試験用接種機。
3. 吐出口を有するチップを着脱可能に保持し、液体試料を吸引すると共に、吸引した前記液体試料を、前記吐出口を通じて吐出する分注ヘッドと、
   前記分注ヘッドを移動させる移動機構と、
   前記分注ヘッドに対する前記吐出口の位置を検出する検出部と、
   前記検出部で検出された前記吐出口の位置に基づいて、前記液体試料の吐出先に対する前記吐出口の相対位置を設定する制御部と、を備え、
   前記検出部は、未使用の前記チップを保管するチップ保管部と前記液体試料を吸引する吸引位置とを結ぶ前記チップの移動経路上、且つ、前記吸引位置と前記液体試料を吐出する吐出位置とを結ぶ前記チップの移動経路上に配置されている、
   薬剤感受性試験用接種機。

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